Автор AZoNano 7 декабря 2020 г.

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) решили серьезную конструкторскую проблему на пути регулирования размеров так называемых ДНК-наноботов – структур, которые собираются сами по себе из компонентов ДНК.

Самособирающиеся нанороботы могут показаться научной фантастикой, но новое исследование в области нанотехнологий ДНК приблизило их на шаг ближе к реальности. Случаи использования наноботов в будущем будут не только в малых масштабах, но и в широком спектре приложений в области здравоохранения и медицины, таких как заживление ран и разблокирование артерий.

Ученые из UNSW вместе с сотрудниками из Соединенного Королевства описали новую теорию дизайна в журнале ACS Nano о том, как регулировать длину самособирающихся наноботов без формы или шаблона.

Традиционно мы строим конструкции, вручную собирая компоненты в желаемый конечный продукт. Это работает довольно хорошо и легко, если детали большие, но по мере того, как вы становитесь все меньше и меньше, это становится труднее .

Д-р Лоуренс Ли, ведущий автор исследования, Инициатива по изучению отдельных молекул, UNSW Medicine

Медицинские исследователи уже способны создавать наноразмерных роботов, которые можно запрограммировать для выполнения крохотных задач, таких как размещение небольших электрических компонентов или доставка лекарств в раковые клетки.

Ученые UNSW используют биологические молекулы, такие как ДНК, для разработки таких нанороботов. Посредством процесса, известного как молекулярная самосборка, небольшие отдельные компоненты превращаются в огромные конструкции.

Сложность использования самосборки для построения состоит в том, чтобы определить, как запрограммировать строительные блоки для развития предпочтительной структуры и заставить их останавливаться, когда конструкция становится высокой или достаточно длинной.

В рамках этого проекта ученые UNSW выполнили свой проект, создав субъединицы ДНК, известные как PolyBricks. Как это происходит в естественных системах, каждый из строительных блоков закодирован генеральными планами для самостоятельной сборки в предварительно сконфигурированные структуры заданной длины.

Доктор Ли сравнивает PolyBricks с микроботами в научно-фантастическом фильме Big Hero Six где микроботы самостоятельно собираются в несколько различных образований.

В фильме конечный робот – это набор идентичных подразделений, которым можно дать команду на самосборку в любую желаемую глобальную форму .

Д-р Лоуренс Ли, ведущий автор исследования, Single Molecule Science, UNSW Medicine

Исследователи использовали принцип конструкции, называемый накоплением деформации, для регулирования размеров своих построенных конструкций.

С каждым добавляемым блоком энергия деформации накапливается между PolyBricks, пока в конечном итоге энергия не станет слишком большой для связывания других блоков. Это момент, когда сборка подразделений прекращается .

Д-р Лоуренс Ли, ведущий автор исследования, Single Molecule Science, UNSW Medicine

Чтобы регулировать длину окончательной структуры – то есть, сколько PolyBricks объединено вместе – исследовательская группа изменила последовательность в своей ДНК, чтобы контролировать, сколько напряжения добавляется с каждым новым блоком.

По словам доктора Ли, « Наша теория могла бы помочь исследователям разработать другие способы использования накопления деформации для управления глобальными размерами открытых самосборок »

Авторы заявляют, что этот механизм можно использовать для кодирования более сложных форм с помощью самосборных единиц.

« Именно такого рода фундаментальные исследования того, как мы организуем материю в наномасштабе, приведут нас к следующему поколению наноматериалов, наномедицин и наноэлектроники », – заявил аспирант и ведущий автор исследования. Д-р Джонатан Беренгут.

Справка журнала

Беренгут, Дж. Ф., и др. . (2020) Самоограничивающаяся полимеризация субъединиц ДНК оригами с накоплением штаммов. САУ Нано . doi.org/10.1021/acsnano.0c07696.

Источник: https://www.unsw.edu.au/[19459008visible