Мона Лиза от ДНК

ДНК Оригами създава 3D обекти и произведения на изкуството в нано формат

Тази Мона Лиза е направена от ДНК и е създадена от самоорганизация, използвайки ДНК оригами. Вдясно, изображения на триизмерната структура на "Нано Лиза" и изображение на петел, използвайки микроскоп с атомна сила. © Lulu Qian и др.
чете на глас

Нано картини, плюшени мечета и абстрактни форми: Изследователите са използвали способността на ДНК да се самосглобява за изцяло нови нано-конструкции. Започвайки от само малък набор от различни нишки на ДНК, наследствените молекули естествено се комбинират, за да образуват все по-големи плочки или кутии. Крайният резултат е до 10 000 строителни блока, включващи 3D фигури и нано-произведения като миниатюрна Mona Lisa.

ДНК на генетичната молекула е гениална конструкция на природата чрез четирите й "букви на живота" - ДНК базите. Тъй като само две бази се вписват заедно, е възможно да се копира кодът и по този начин също да се предаде на дъщерните клетки. Свързването на комплементарните ДНК бази обаче позволява също така изграждането на напълно нови форми и компоненти, направени от ДНК. В оригами за ДНК изследователите използват тази склонност за самостоятелно сглобяване, за да се присъединят ДНК вериги в ретикулирани тъкани, триизмерни кутии и дори нано роботи.

ДНК мечка и Нано Лиза

Сега два изследователски екипа са направили ДНК оригами стъпка по-нататък, разработвайки методи, които автоматично сглобяват ДНК в сложни триизмерни форми или изображения. Университетът от Харвард Лувена Онг и нейният екип направиха до 10 000 индивидуални ДНК кутии, за да се организират в по-големи градивни елементи, а след това в триизмерен характер на мечка.

Григорий Тихомиров и неговият екип от Калифорнийския технологичен институт първоначално изработиха плоски ДНК плочки, които след това, ръководени от специфичната си структура, се сляха в по-големи единици и накрая в миниатюрна картина. С тази техника те създадоха нановерсия на прочутата Мона Лиза от Леонардо да Винчи - най-малката Мона Лиза в света.

Принципът: Специални нишки от ДНК се комбинират в плочки, които след това образуват желаната структура, като пъзел. © Демин Лю

Софтуерът определя блокове и последователност

Основният принцип е, че и двата изследователски екипа са разработили специален софтуер, който определя на базата на крайната форма, кои конкретни последователности трябва да имат изграждащите блокове на ДНК и колко различни разновидности са необходими. В следващия етап програмата посочва в кой ред и комбинация се комбинират все по-големите компоненти в реакционните съдове. показ

Въз основа на това ръководство за изграждане, изследователите трябва само да синтезират съответните нишки на ДНК и да ги смесват в определената последователност. „Този ​​йерархичен подход ни позволява да генерираме ДНК нишки със специални последователности - структури с увеличаващ се размер и по принцип неограничено разнообразие от форми - само от малък набор от уникални компоненти.“ казва Тихомиров.

От плочки и кутии до персонализирана форма

Изследователите наричат ​​този конструктивен принцип като фрактално производство, тъй като принципите на проектиране се повтарят в различни порядки. Казано по-конкретно, плочките или кутиите, създадени от нишките на ДНК, се комбинират, за да образуват все по-големи, самоподобни плочки или кутии.

Едва към края на този стъпка по стъпка вариантите в структурата им водят до изразяване на желаните, различни форми. Както обясняват изследователите, този принцип на проектиране е подобен на този на нашето тяло. Защото дори нашите клетки имат един и същ геном и едни и същи основни градивни елементи, но те го използват по различни начини и могат да натрупат различни тъкани като нерви, мускули и кости.

Така работи оригами на ДНК за продукцията на "Нано Лиза" Григорий Тихомиров

Конструкции големи колкото бактерия

И двата изследователски екипа успяха да използват своите методи, за да приведат ДНК към самоорганизация на много по-големи и сложни структури от възможното по-рано. Онг и нейният екип генерираха писма, плюшени мечета и форма на спирала от около 10 000 кутии ДНК, а картините на Тихомиров и Нано достигнаха размери до 0, 5 квадратни микрона и близо 9 000 "пиксела".

„Този ​​метод на производство е лесен за изпълнение и ще улесни изграждането на модерни материали и наномашини“, казват Тихомиров и неговите колеги. „Тези ДНК-наноструктури дори могат да достигнат размера на бактерия.“ (Nature, 2017; doi: 10.1038 / nature24655, doi: 10.1038 / nature24648)

(Калифорнийски технологичен институт, MIT, 08.12.2017 - NPO)