Hier ist Van Goghs Sternennacht neu mit "DNA-Origami"


Vincent van Goghs "Sternennacht" scheint einen besonderen Reiz für Wissenschaftler, die es mit Hilfe von Bakterien, unter anderem, in der Vergangenheit neu erstellt haben. Jetzt am Caltech Wissenschaftler ihre eigene kleine Version des Gemäldes gemacht haben – einen Cent Breite über — aus gefalteten DNA-Moleküle. Eines Tages die gleiche Technik teensy Biosensoren bauen genutzt werden, oder für gezielte Medikamentenverabreichung.

Es heißt "DNA-Origami", und während viele verschiedene Arten von Formen mit es erstellt wurden, dies ist der erste Beweis des Konzeptes, das es möglich ist, scale-up und bauen große Anzahl von DNA-basierten Geräten auf Computer-Chips. Das Caltech Team beschrieb ihre Arbeit in einem neuen Papier in der Natur.

"Jeder denkt, dass Moleküle schließlich die Geräte der Zukunft sein werden," sagte Caltechs Paul Rothemund, DNA Origami Pionier und Co-Autor, Gizmodo. "Aber wie verbinden Sie sie?" Wie verbinden Sie sie in größeren Schaltungen? Wie tun Sie alles mit ihnen? Sie brauchen eine Schnittstelle zwischen der molekularen und der makroskopischen Welt, und das ist, was das ist."

Seit zehn Jahren Rothemund die ersten lustigen Formen durch DNA-Stränge Falten gemacht. Seine nanoskaligen Smileys, Sterne, Schneeflocken und eine Miniatur-Karte der westlichen Hemisphäre wurden sogar ausgestellt im Museum of Modern Art in New York City im Jahr 2008 – eine wahre Ehe von Wissenschaft und Kunst.

DNA hat die Form einer Doppelhelix und die genetischen Anweisungen zur Herstellung von Proteinen kodiert. Es hat vier sich wiederholenden chemischen Basen – bekannt als A, T, G und C — sind komplementär, so dass A immer Paare Paare mit T und G immer mit C.

Um seine besonderen Formen zu erstellen, Rothemund gefaltet einen einzigen langen Strang DNA hin und her in welcher Form oder Muster, die er wünschte (vorher mit Computersimulationen ermittelt), dann steckte sie alle zusammen an strategischen Punkten mit "Staples" bestehend aus kürzeren DNA-Stränge. Jede V-förmigen Grundnahrungsmittel hatte zwei "Arme" mit einer Basensequenz, die an die komplementäre Sequenz auf die längere DNA-Strang binden würde. Er erhitzt die langen DNA-Strang in einer Salzlösung, und lassen Sie das ganze in das gewünschte Muster selbst zusammensetzen.

Es dauert nur etwa eine Woche des Musters auf dem Computer, und eine weitere Woche, die DNA und die tatsächliche Selbstmontage zu synthetisieren dauert nur ein paar Stunden. "Aber dann stecken Sie mit einem Gerät, das in einer Lösung im Umlauf ist", sagte Rothemund. "Es mit etwas anderem können nicht kombiniert werden, können nicht Sie es in eine Schaltung Draht, ist es sogar schwer, seine Leistung zu messen."

Wäre dies überhaupt praktische Anwendung finden, wusste Rothemund, er brauchte, um herauszufinden, wie seine DNA Origami mit Silizium Microfabrication zu integrieren, und er zusammen mit IBM Wissenschaftler um genau das zu tun. Bis 2009 hatte sie entdeckt, dass man klebrige Flecken auf einem Chip, die die gleiche Größe und Form wie das DNA-Origami. Füllen Sie einfach die Lösung mit der DNA auf der Oberfläche des Chips und die DNA-Moleküle haften die passenden Patches.

Diese DNA-Form fungiert nun als Gerüst, die es ermöglichen, andere winzige Bauteile zu befestigen – wie fluoreszierende Moleküle. Rothemund vergleicht es die Pegboards in der Regel in Garagen, verschiedene Werkzeuge zu halten, außer dies eine selbstgebaute Pegboard, ist wo die Tools ihre eigenen Positionen zu finden und bleiben dort gefunden von DNA funktioniert wie Klettverschluss gehalten.

Rothemund und seine Kollegen haben diese Technik seither verfeinert wurde. In den letzten sechs Jahren haben er und Caltech Postdoc, Ashwin Gopinath, gezeigt, dass sie ihre DNA Origami auf so ziemlich jeder Oberfläche verwendet, um Computer-Chips positionieren können.

Und ihre neuesten Papier bietet die erste Anwendung: mit der Methode um fluoreszierende Moleküle in kleinen Licht-stick Quellen, ähnlich wie Glühlampen Schraube in Lampen. Die "Lampen" in diesen Experimenten sind photonischen Kristall Hohlräume auf eine spezifische Wellenlänge des Lichtes abgestimmt – in diesem Fall einen tiefen Farbton von rot. (Künstlichen photonische Kristalle sind mit einer hochpräzisen Wabenstruktur, die bewirkt, Licht von der Oberfläche in derart blockieren bestimmte Frequenzen von Licht und lassen andere dass durch reflektiert entwickelt.)

Die injizierten fluoreszierende Moleküle werden bei getunten Wellenlänge, dadurch "Beleuchtung" die Lampen Leuchten. Aber der Ort ist der Schlüssel: die Moleküle leuchtet heller an einigen Standorten innerhalb des Hohlraums als an anderen Orten. Durch das Hantieren mit Positionierung, fanden Rothemund und Gopinath sie Schachbrettmuster "heiß" und "Kältebrücken" schaffen könnten.

Das gab ihnen die Möglichkeit, andere, komplexere Muster zu reproduzieren. Gopinath wählte "Starry Night" demonstrieren die Technik macht neu zu erstellen, weil er immer Van Goghs Werk gemocht hatte. Außerdem hatte er gerade gesehen, dass Doctor Who Episode ("Vincent und der Arzt") in, welchem jeder Lieblings Time Lord ist zurück bis 1890 geht, einen fiktiven Van Gogh eine außerirdische Monster kämpfen zu helfen. Während vor der Arbeit in diesem Bereich nur eine Handvoll dieser Art von Geräten verwendet, Gopinath alles hochskaliert und genäht zusammen 65.536 davon neu van Goghs Meisterwerk.

Der nächste Schritt ist vielleicht diese Technik noch weiter verfeinern, indem Sie mit verschiedenen fluoreszierenden Molekülen oder eine andere Art der Lichtemitter, wie Quantenpunkte, da diejenigen, die früher für diese Experimente sind in der Regel schnell Ausbrennen. Darüber hinaus sind die Farben nicht so rein wie man für bestimmte Anwendungen möchte, wie optische oder Quantencomputer im Nanobereich.

Physiker sind wahrscheinlich mehr daran interessiert, das Potenzial für grundlegende Experimente machen. Zum Beispiel beinhaltet eine bevorstehende Reihe von Experimenten Platzierung mehrere Strahler innen Resonatoren und versuchen, sie für die Synchronisierung mit einander – ein Phänomen namens "Superadiance", das wurde zuerst durch Robert Dicke 1952 vorhergesagt.

Gopinath vergleicht den Effekt wie ein Bündel von Metronome auf einem Tisch kann starten tickt nicht synchron, aber allmählich tickt Unisono im Laufe der Zeit, wenn die Bedingungen genau das richtige sind. In der gleichen Weise sollten mehrere Lichtemittern sowie synchronisieren. "Niemand noch eine saubere Experiment gemacht hat weil man Emitter in bestimmten Abständen zueinander, zu positionieren", sagte Gopinath. Das neue Papier bietet eine Möglichkeit, das zu tun.

[Natur]

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