Biomedische ingenieurs hebben eenvoudige machines gebouwd van DNA, bestaande uit arrays waarvan de eenheden omkeerbaar schakelen tussen twee verschillende vormen.

De uitvinders van de arrays zeggen dat ze kunnen worden gebruikt om nanotech-sensoren of -versterkers te maken. Mogelijk, ze kunnen worden gecombineerd om logische poorten te vormen, de onderdelen van een moleculaire computer.

De eigenschappen van de arrays zijn gepland voor online publicatie door: Wetenschap .

De DNA-machines kunnen discrete stukjes informatie door de ruimte sturen of een signaal versterken, zegt senior auteur Yonggang Ke, doctoraat, een assistent-professor in de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering aan Georgia Tech en Emory.

"Op het gebied van op DNA gebaseerde computers, het DNA bevat de informatie, maar de moleculen drijven rond in oplossing, " zegt Ke. "Wat hier nieuw is, is dat we de onderdelen aan elkaar koppelen in een fysieke machine."

evenzo, verschillende laboratoria hebben al nanotech-machines zoals pincetten en rollators van DNA gemaakt. Ke zegt dat het werk van zijn team met DNA-arrays licht werpt op het bouwen van structuren met complexere, dynamisch gedrag.

De structuren van de arrays zien eruit als intrekbare beveiligingspoortjes in accordeonstijl. Het verlengen of inkrimpen van een eenheid dwingt nabijgelegen eenheden om ook van vorm te veranderen, werken als een domino-cascade waarvan de tegels met elkaar verbonden zijn.

De eenheden van de arrays krijgen hun stabiliteit van de energie die wordt gewonnen wanneer dubbele DNA-helices zich opstapelen. Om stabiel te zijn, de vier segmenten van de units kunnen als paren naast elkaar worden uitgelijnd in twee verschillende oriëntaties. Door één streng van het DNA aan de rand van een array weg te laten, de ingenieurs creëren een externe trigger. Wanneer die streng wordt toegevoegd, het drukt de randeenheid in een veranderende vorm (zie afbeelding).

Om de DNA-arrays te visualiseren, de ingenieurs gebruikten atoomkrachtmicroscopie. Ze bouwden rechthoekige 11x4 en 11x7 arrays, trigger-strengen toegevoegd en kon zien hoe de cascade zich voortplant van de hoekeenheid naar de rest van de array.

De cascades van de arrays kunnen op geselecteerde locaties worden gestopt of hervat door breekpunten in de arrays te ontwerpen. De vormconversies van de eenheden worden gemoduleerd door temperatuur of chemische denaturatiemiddelen.

Als referentie, de rechthoekige arrays zijn ongeveer 50 nanometer breed en een paar honderd nanometer lang - iets kleiner dan een HIV- of influenzavirion.

Om de DNA-arraystructuren te bouwen, de ingenieurs gebruikten zowel origami (een lange "steiger" streng vouwen met honderden "nietje" strengen) als modulaire baksteenbenaderingen. Beide soorten arrays assembleren zichzelf via DNA-strengen die hun complementaire strengen in oplossing vinden. De origami-benadering leidde tot stabielere structuren in omstandigheden van verhoogde temperatuur of denaturatiemiddel.

In de Wetenschap papier, de ingenieurs lieten zien dat ze rechthoeken en buizen van array-eenheden konden bouwen. Ze bevatten ook een balk met drie basisconformaties, meer dan de tweedimensionale array-eenheden met twee conformaties. Ke zegt dat zijn team werkt aan grotere, complexere machines met driedimensionale vormen, die kunnen worden gemaakt met behulp van dezelfde basisontwerpprincipes.