Een internationale samenwerking met onderzoekers van het NIST Center for Nanoscale Science and Technology en de Universidad San Francisco de Quito, Ecuador heeft een zelf-geassembleerde nanovezel gefabriceerd uit een DNA-bouwsteen die zowel duplex (tweestrengs) als quadruplex (vierstrengs) DNA bevat. Dit werk is een eerste stap in de richting van het creëren van nieuwe structureel heterogene (quadruplex/duplex), maar controleerbaar, Op DNA gebaseerde materialen met nieuwe eigenschappen die geschikt zijn voor zelfassemblage van onder naar boven voor nanofabricage, inclusief zelforganisatie van zowel anorganische materialen (nanodeeltjes) als moleculaire elektronische componenten.

De nieuwe nanovezels zijn opgebouwd uit duplex-DNA-precursors die eerst quadruplex-DNA vormen in aanwezigheid van kaliumionen en vervolgens met elkaar verbinden om een ​​vezel te vormen. DNA quadruplexen zijn ongebruikelijke structuren die kunnen ontstaan ​​uit DNA-sequenties die rijk zijn aan het nucleotide guanine. Elke streng in de duplex-DNA-precursor bevat een interne run van acht guanines, waardoor een gebied van guanine-guanine-mismatches ontstaat, plus één segment dat zich voorbij het duplexgebied uitstrekt om een ​​enkelstrengs overhang te creëren. Wanneer kaliumionen worden toegevoegd, de duplex-precursoren assembleren zichzelf tot quadruplexstructuren, en vervolgens in duplex/quadruplex vezels. Deze vezels werden in bulk gedetecteerd met behulp van elektrospray-massaspectrometrie en gelelektroforese. Analyse van één molecuul met behulp van atoomkrachtmicroscopie onthulde vezellengtes variërend van 250 nm tot 2000 nm. Omdat interactie tussen vier DNA-strengen plaatsvindt in sommige vezelsegmenten, de uiteindelijke structuren lijken stijver te zijn dan op DNA gebaseerde structuren die zijn opgebouwd uit alleen duplex-subeenheden. Deze verhoogde stijfheid zou moeten leiden tot verbeterde DNA-patronen voor nanotechnologietoepassingen. In tegenstelling tot DNA-origami en DNA-tegelstructuren die uitsluitend gebaseerd zijn op duplex-DNA, de onderzoekers denken dat ze door de sequentie van duplex- en quadruplex-subeenheden te variëren uiteindelijk in staat zullen zijn om DNA-bouwstenen te creëren die intact blijven bij temperaturen van kamertemperatuur tot 100 ºC.

Volgens CNST-projectleider Veronika Szalai, dit werk zal toekomstige integratie met andere programmeerbare zelfassemblagemethoden mogelijk maken, zoals DNA-origami, evenals met andere nanomateriaalcomponenten zoals kwantumdots, om nieuwe multifunctionele biologische nanomaterialen te creëren.