DNA, de drager van genetische informatie, is uitgegroeid tot een zeer nuttig bouwmateriaal in nanotechnologie. Een vereiste in veel toepassingen is de gecontroleerde, schakelbare assemblage van nanostructuren. In het journaal Angewandte Chemie , wetenschappers hebben nu een nieuwe strategie voor controle geïntroduceerd door de pH-waarde te veranderen. Het is gebaseerd op ethyleendiamine, die alleen de assemblage van DNA-componenten in een neutrale tot zure omgeving ondersteunt - onafhankelijk van de basensequenties en zonder metaalionen.

Een set korte enkele DNA-strengen kan worden gebreid tot een tegel die verder aggregeert tot een rijk scala aan geometrieën door zelfgestuurde, plakkerige samenhangen. Het zogenaamde tegelsamenstel bootst een kristalvormingsproces in de natuur na. Zodra de juiste strengen zijn ontworpen, een specifieke structuur vormt zich door een zelfassemblageproces. Onderzoekers hopen deze methode in de toekomst te gebruiken om nanomaterialen te ordenen of nanorobots te maken die kleine ingrepen kunnen uitvoeren in zieke organen of zelfs individuele cellen. Ook nano-elektronica en nanokatalyse zijn mogelijke toepassingsgebieden in de toekomst.

De gecontroleerde, schakelbare assemblage van nanostructuren vindt plaats met behulp van bepaalde DNA-structuurmotieven die van vorm veranderen wanneer de pH verandert. Echter, deze structuren zijn gebaseerd op zeer specifieke basensequenties. In tegenstelling tot, een sequentie-onafhankelijke methode zou toegang bieden tot een universele, veelzijdige methode voor de zelfassemblage van DNA, de mogelijke toepassingsgebieden voor dynamische DNA-nanotechnologie aanzienlijk verruimen.

Wetenschappers aan de Hefei University of Technology; Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, Hefei, China, en Purdue University in West Lafayette, VS, beginnen met een klein organisch molecuul, ethyleendiamine, H2N-CH2-CH2-NH2. In water, een of beide aminogroepen (–NH2) binden reversibel een extra proton (H+), afhankelijk van de pH-waarde. De relatieve hoeveelheden van de drie mogelijke soorten zijn sterk afhankelijk van de pH. De ethyleendiaminemoleculen met een dubbele positieve lading zijn in staat om de negatieve ladingen in de DNA-ruggengraat elektrostatisch af te schermen, zodat ze elkaar minder afstoten, wat de zelfmontage bevordert.

Het team onder leiding van Yulin Li, Zhaoxiang Deng, en Chengde Mao was in staat om een ​​ethyleendiamine-bevattende buffer te gebruiken om individuele kruisvormige DNA-bouwstenen (tegels) te assembleren tot een uitgebreide tweedimensionale honingraatstructuur in een neutrale tot zure omgeving. In licht alkalische omstandigheden, geen uitgebreide structuren gevormd. Als voorbeeld van een driedimensionale structuur, de onderzoekers maakten tetraëdrische kooien van bouwstenen in de vorm van driepuntige sterren. Bij een pH van 6,5, de sterren werden omkeerbaar omgezet in tetraëder; bij een pH van 8 keerden ze terug naar de stervorm of individuele strengen.

Om de negatieve ladingen in het DNA af te schermen, positief geladen metaalionen zoals Mg2+ worden meestal gebruikt. De ethyleendiaminebuffer vereist geen metaalionen. Metaalionen verhogen de activiteit van veel enzymen, in het bijzonder DNA-splitsende nucleasen. Dit nieuwe systeem is dus beter geschikt voor gebruik in aanwezigheid van enzymen.