DNA-Kunst: Origami geht Nano

Die Software des Lebens hat nun in Smiley-Gesichter, Schneeflocken und Sterne eingewoben.

Caltech Wissenschaftler Paul Rothemund nennt seine neue Technik "DNA-Origami", und er kann jede zweidimensionale Form oder Muster mit Hilfe der DNA-Moleküle zu weben. Die Technologie könnte eines Tages verwendet werden, um kleine Chemiefabriken oder molekulare Elektronik zu konstruieren, durch das Anbringen von Proteinen und anorganischen Komponenten auf DNA-Leiterplatten.

Die Forschung wird in der 16 März-Ausgabe der Fachzeitschrift Naturebeschrieben.

Molekül der Wahl

DNA ist ein Double-Stranded, seilartige Molekül, das von fast allen Organismen verwendet, um die genetischen Anweisungen für Proteine kodieren. Es besteht aus vier sich wiederholenden chemischen Basen — A, T, G und C – die kann man sich als ein vier-Buchstaben-Alphabet.

Ein Modell der Doppelhelix-Struktur der DNA mit seiner Basenpaaren, die in unzähligen Möglichkeiten, die verschiedenen Pläne fürs Leben schaffen bekanntlich it. verknüpfen Bild mit freundlicher Genehmigung 3DScience.com.

Die Grundlagen sind im Preis inbegriffen, so dass A immer mit T, und G Paare mit C.

DNA ist das Molekül der Wahl für Nano-Designer und Ingenieure. Wegen seiner wichtigen Rolle in der Molekularbiologie und Biotechnologie der DNA-Struktur und chemische Eigenschaften haben umfassend untersucht, und zahlreiche Tools sind bereits verfügbar, damit umzugehen. Es kann auch relativ schnell und kostengünstig in großen Mengen synthetisiert werden.

Versandhandel origami

Alle Rothemund Kreationen werden mit einem einzigen, langen DNA-Strang hergestellt. Zunächst wird der Strang in eine gewünschte Form oder Muster hin und her gefaltet. Die gesamte Struktur sitzt dann gemeinsam an strategischen Punkten mit Hunderten von kurzen DNA "Klammern."

Bevor er mit echten DNA arbeitet, verwendet Rothemund einen Computer, der Formen und Muster zu entwerfen und die Ausschnitte der DNA-Code für die Heftklammern zu bestimmen. Er sagt, dass das Design-Programm ist so einfach Gymnasiasten konnte sie.

"Sie füttern die Abfolge der langen DNA-Strang und die grundlegenden Falten, die Sie wollen in einem Computer und es spuckt den Code für die kurzen Stränge", erklärte Rothemund. "Senden Sie eine e-Mail an ein Unternehmen [das DNA synthetisiert] und sie senden Ihnen eine Fed-Ex-Paket mit den Heftklammern drin."

Selbstorganisierende Smiley-Gesichter

Beim Erhitzen in einer Salzlösung, kommen die langen DNA-Strang und die Klammern zusammen automatisch zu bilden die gewünschte Form.

"Es komplett selbst montiert," sagte Rothemund LiveScience. "Es soll alles in den Computer und dann hat es Hände weg."

Jede DNA-Grundnahrungsmittel hat zwei Arme und ist geformt wie ein "V". Jeder Arm besteht aus einer einzigartigen Basensequenz, die an einer kostenlosen Sequenz auf den langen DNA-Strang bindet. Jede Klammer bindet an zwei verschiedenen Abschnitten des langen DNA-Strang, bringen und zusammen zu halten.

Beispielsweise kann der linke Arm der Klammer ATG und rechts eine CGA enthalten. Bei der Berührung mit den langen DNA-Strang, der linke Arm finden und halten Sie sich an den Abschnitt mit TAC; der Rechte Arm wird das gleiche für die Sequenz GCT tun.

In das eigentliche Experiment ist jede Klammer Arm ca. 13 Basen lang; die Länge der langen DNA-Strang ist ca. 7.000 Basen.

Nano-atlas

Rothemund hat im letzten Jahr ein halbes Dutzend Formen und Muster geschaffen. Abgesehen von Sternen und Smiley-Gesichter er auch "DNA" ausgeschrieben und zeichnete ein grobes Bild der DNA Doppelhelix Form, die zwei ineinander verschlungenen Bändern ähnelt. Und schuf eine Miniatur-Karte der westlichen Hemisphäre, in der ein Nanometer ca. 125 Meilen darstellt.

Ein Nanometer ist ein Milliardstel von einem Meter; ein menschliches Haar ist etwa 100.000 Nanometer breit. Rothemund Strukturen sind in der Regel etwa 100 Nanometer im Durchmesser.

Jede Struktur benötigt etwa eine Woche, zu entwerfen und eine Woche im Handel zu synthetisieren; Das heutige Gebäude der Strukturen dauerte nur wenige Stunden. Der schwierigste Teil des Experiments, Rothemund sagte, hochauflösende Bilder seiner Kreationen einen Prozess nahm, die etwa zwei Tage dauerte.

Gibt es ein Limit, wie groß eine Struktur kann jedoch kleinere Strukturen könnten zusammen bilden eine große eine, Rothemund sagte geheftet werden.

So weit, nur 2D Formen und Strukturen vorgenommen wurden, aber Rothemund sagt, dass die 3D Objekte sollte kein Problem sein.

Denn jetzt Rothemund Kreationen sind kaum mehr als Kunstwerk, aber er denkt, dass Wissenschaftler eines Tages Molekularelektronik bauen durch das Anbringen von Dingen wie Nanodrähte, Kohlenstoff-Nanoröhren und Goldpartikel auf DNA-Leiterplatten mit seiner Technik erstellt werden.

Related Stories

• Astronomen finden DNA-Nebel
• Neue "Biologische" Roboter bauen sich
• Die nächste X Preise: DNA, Nanotech, Autos und Bildung
• Neue DNA-Sandwich erkennt genetischen Schäden
• Nanotechnologie kann Verordnung erforderlich.

Weitere Kleinigkeiten

• Die weltweit kleinste Auto
• Die weltweit kleinste Roboter
• Der weltweit kleinste Motor
• Der weltweit kleinste Kühlschrank
• Bildergalerie: Micromachines