In het opkomende gebied van synthetische biologie, ingenieurs gebruiken biologische bouwstenen, zoals stukjes DNA, nieuwe technologieën te bouwen. Een van de belangrijkste uitdagingen in het veld is het vinden van een manier om snel en economisch de gewenste DNA-strengen te synthetiseren. Nu hebben wetenschappers van Duke University een herbruikbare DNA-chip gefabriceerd die kan helpen dit probleem aan te pakken door te fungeren als een sjabloon van waaruit meerdere batches DNA-bouwstenen kunnen worden gefotokopieerd. De onderzoekers hebben het apparaat gebruikt om DNA-strengen te maken die ze vervolgens vouwden tot unieke structuren op nanoschaal. Zij zullen hun bevindingen presenteren op het AVS Symposium, gehouden 30 oktober – 4 november, in Nashville, Tennessee.

Er zijn veel verschillende methoden voor DNA-synthese ontwikkeld, maar elke methode heeft zijn nadelen. Bulk DNA-synthese, die gebruik maakt van afzonderlijke kolommen om de reacties te huisvesten, kan grote hoeveelheden materiaal produceren, maar is kostbaar en beperkt in het aantal verschillende DNA-sequenties dat het kan creëren. De Duke-onderzoekers, daarentegen, een inkjetprinterkop gebruikt om kleine druppeltjes chemicaliën op een plastic chip te deponeren, het geleidelijk opbouwen van DNA-strengen van gemengde lengte en samenstelling op het oppervlak. Het team gebruikte vervolgens een biologisch fotokopieerproces om het DNA van de chip te oogsten. Tot verbazing van de onderzoekers ze ontdekten dat ze de chip konden hergebruiken om meerdere batches DNA te oogsten. "We ontdekten dat we een 'onsterfelijke' DNA-chip in onze handen hadden, " zegt Ishtiaq Saaem, een biomedische technologie-onderzoeker bij Duke en lid van het team. "Eigenlijk, we waren in staat om het biologische kopieerproces uit te voeren om tientallen keren materiaal van de chip vrij te maken. Het proces lijkt te werken, zelfs met een chip die we hebben gemaakt, gebruikt, enige tijd bewaard bij -20C, en naar buiten gebracht en opnieuw gebruikt."

Na het vrijgeven van het DNA van de chip, het team "kookte" het samen met een stuk lang viraal DNA. "Tijdens het kookproces het virale DNA wordt geniet in een gewenste vorm door het kleinere van een chip afgeleide DNA, " legt Saaem uit. Een van de eerste voorbeelden van DNA-origami van het team was een rechthoekige vorm met aan één kant een driehoek, die de onderzoekers een 'nano-huis' noemden. De structuur kan worden gebruikt om organische en anorganische materialen ruimtelijk te oriënteren, dienen als een steiger voor medicijnafgifte, of fungeren als een liniaal op nanoschaal, zegt Saaem.

Vooruit gaan, het team is van plan grotere DNA-structuren te produceren, terwijl ze ook de limiet testen van hoe vaak hun chip kan worden hergebruikt. Op korte termijn, het onderzoek heeft toepassingen in de ruimtelijke positionering van biomoleculen, zoals eiwitten, Voor onderzoeksdoeleinden. Langetermijn, het zou zelfs de informatietechnologie kunnen transformeren:"Het zou me niet verbazen als deze methodologie wordt gebruikt om de volgende generatie microprocessors te fabriceren die de wet van Moore nog verder kunnen pushen, ' zegt Saaem.