(Phys.org) —De grondlegger van DNA-nanotechnologie - een veld dat minuscule geometrische bouwstenen smeedt uit DNA-strengen - kwam onlangs naar SLAC om een ​​nieuwe kijk op deze creaties te krijgen met behulp van krachtige röntgenlaserpulsen.

Al decenia, Nadrian C. "Ned" Seeman, een professor scheikunde aan de New York University, heeft manieren bestudeerd om DNA-strengen te assembleren tot geometrische vormen en 3D-kristallen met toepassingen in de biologie, biocomputing en nanorobotica.

Hij zei dat het experiment dat van 7-11 februari werd uitgevoerd bij SLAC's Linac Coherent Light Source zijn team voor het eerst in staat stelde om de DNA-structuren te bestuderen met behulp van kleinere kristallen in oplossing bij kamertemperatuur.

Ze willen weten of ze de structuur van hun monsters nauwkeuriger kunnen analyseren in deze natuurlijke staat, omdat hun eerdere werk gebaseerd was op grotere, bevroren monsters en het invriesproces kunnen de DNA-structuren beschadigen.

"Ik denk dat we behoorlijk spannende resultaten zullen behalen, " zei Seeman tijdens de laatste dienst van het LCLS-experiment van het team. "Ik ben erg enthousiast over alles wat ik tot nu toe heb gezien."

De DNA-kristallen werden in vloeistof gesuspendeerd en stroomden over het pad van de ultraheldere, ultrakorte LCLS-röntgenlaserpulsen. Detectoren hebben beelden vastgelegd, bekend als diffractiepatronen, geproduceerd toen het röntgenlicht de kristallen trof. De techniek staat bekend als X-ray nanokristallografie.

Sebastien Boutet van SLAC, een instrumentwetenschapper bij de LCLS Coherent X-ray Imaging Department, zei dat de DNA-kristallen die in het experiment werden gebruikt tot ongeveer 2-5 micron waren, of 2-5 duizendsten van een millimeter, qua grootte. De kristallen waren grotendeels driehoekig en waren zelf samengesteld uit 3D-DNA-objecten, een geordend rooster vormen. Het eerste experiment in zijn soort bij LCLS omvatte "veel vallen en opstaan ​​​​om de ideale manier te vinden om de monsters voor te bereiden, ' zei Boutet.

De gemanipuleerde structuren maken gebruik van de natuurlijke chemische koppeling van DNA om kleine DNA-strengen aan elkaar te binden. De resulterende structuren kunnen worden gebruikt om kleine mechanische dozen en programmeerbare robots te bouwen voor het bestrijden van ziekten, bijvoorbeeld.

Onderzoekers kunnen DNA-engineering ook gebruiken als platform voor het bestuderen van andere moleculen, zoals eiwitten, die belangrijk zijn voor onderzoek naar ziekten en de ontwikkeling van geneesmiddelen, maar moeilijk te kristalliseren zijn, waardoor ze moeilijk te visualiseren zijn.

Wanneer deze eiwitten zijn bevestigd aan een DNA-steiger, als een zoutlaagje op een krakeling, de patronen die ze vormen, kunnen wetenschappers helpen hun structuur te analyseren.

"Het doel, uiteindelijk, is om dit rooster te kunnen gebruiken als kristallisatievehikel voor dingen die misschien niet zo gemakkelijk kristalliseren, "Seman zei, "en ook voor het beheersen van materie, in het algemeen, op nanometerschaal."

Het vermogen om een ​​rooster te vormen uit DNA-strengen, gekoppeld aan de fundamentele rol die DNA speelt als biologisch gegevensopslagmedium, heeft ook geleid tot onderzoek naar op DNA gebaseerde computers, waarin de chemie en structuur van DNA worden gemanipuleerd om gegevens op te slaan en computertaken uit te voeren, het uitvoeren van de functies van magnetische harde schijven en siliciumchips.

"Het belangrijkste punt van DNA is dat het informatie bevat - het is programmeerbaar, ' zei Seeman.