(PhysOrg.com) -- In de afgelopen jaren, wetenschappers zijn begonnen de krachtige moleculaire machinerie van DNA te gebruiken om kunstmatige structuren op nanoschaal te bouwen met behulp van het natuurlijke vermogen van paren DNA-moleculen om tot complexe structuren te assembleren. Dergelijke "DNA-origami, ” voor het eerst ontwikkeld aan het California Institute of Technology, zou een manier kunnen zijn om complexe nanostructuren te assembleren, zoals halfgeleiderapparaten, sensoren en medicijnafgiftesystemen, van onder naar boven.

Terwijl de meeste onderzoekers in het veld proberen aan te tonen wat mogelijk is, wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) proberen te bepalen wat praktisch is.

Volgens NIST-onderzoeker Alex Liddle, het lijkt veel op bouwen met LEGO's - sommige patronen zorgen ervoor dat de blokken goed in elkaar passen en sterk aan elkaar plakken en andere niet.

“Als de technologie echt nuttig gaat worden, je moet uitzoeken hoe goed het werkt, ' zegt Lidl. "We hebben bepaald wat een aantal van de kritische factoren zijn voor het specifieke geval van het assembleren van nanostructuren met behulp van een DNA-origami-sjabloon en hebben aangetoond hoe een goed ontwerp van de gewenste nanostructuren essentieel is voor het bereiken van een goede opbrengst, in beweging, wij hopen, de technologie een stap voorwaarts.”

In DNA-origami, onderzoekers leggen een lange draad DNA neer en hechten "nietjes" bestaande uit complementaire strengen die binden om het DNA in verschillende vormen op te vouwen, inclusief rechthoeken, vierkanten en driehoeken. De vormen dienen als een sjabloon waarop objecten op nanoschaal zoals nanodeeltjes en kwantumdots kunnen worden bevestigd met behulp van reeksen linkermoleculen.

De NIST-onderzoekers hebben gemeten hoe snel structuren op nanoschaal kunnen worden geassembleerd met behulp van deze techniek, hoe nauwkeurig het montageproces is, hoe dicht ze kunnen worden uit elkaar geplaatst, en de sterkte van de bindingen tussen de nanodeeltjes en de DNA-origami-sjabloon.

Wat ze vonden is dat een eenvoudige structuur, vier kwantumstippen op de hoeken van een origami-rechthoek van 70 nanometer bij 100 nanometer, duurt tot 24 uur om zelf te monteren met een foutenpercentage van ongeveer 5 procent.

Andere patronen die drie en vier stippen in een lijn door het midden van de origami-sjabloon plaatsten, waren steeds foutgevoeliger. De stippen omhullen met biomaterialen, een noodzaak om ze aan de sjabloon te bevestigen, vergroot hun effectieve diameter. Een grotere effectieve diameter (ongeveer 20 nanometer) beperkt hoe dicht de stippen kunnen worden gepositioneerd en verhoogt ook hun neiging om met elkaar te interfereren tijdens zelfmontage, wat leidt tot hogere foutenpercentages en een lagere hechtsterkte. Deze trend was vooral uitgesproken voor de vierpuntspatronen.

“Over het algemeen, we denken dat dit proces goed is voor het bouwen van structuren voor biologische toepassingen zoals sensoren en medicijnafgifte, maar het kan een beetje een opgave zijn als het wordt toegepast op de fabricage van halfgeleiderapparaten - de afstanden kunnen niet klein genoeg worden gemaakt en het foutenpercentage is gewoon te hoog, ', zegt Lidl.