ДНК «обманули», чтобы использовать в качестве нано-строительных блоков

Исследователи из Университета Макгилла нашли новый способ создания нанотрубок — важных строительных блоков нанотехнологий будущего. Их строительный материал — биологическая ДНК.

Команда под руководством профессора Ханади Слейман в сотрудничестве с профессором Гонсало Косой (оба — химический факультет Университета Макгилла) научилась придавать этим нанотрубкам различную геометрию, жесткость и пористость, вводя в их структуру не-ДНК молекулы. Работа будет опубликована 13 апреля в журнале Nature Nanotechnology.

Нанотрубки невероятно малы: их диаметр составляет 6–7 нанометров (нанометр, одна миллиардная метра, равен одной десятитысячной диаметра человеческого волоса). Важная особенность — их огромная длина, около 20 000 нанометров. Несмотря на размер, они обладают универсальным потенциалом для решения ключевых задач нанотехнологий, включая создание систем доставки лекарств, производство электронных нанопроводов, медицинских имплантатов и структур для преобразования солнечной энергии.

«Похоже, наш метод изготовления готов. Теперь мы изучаем потенциальное применение этих материалов для доставки лекарств. Пока рано говорить наверняка, но это определенно стоит исследовать. ДНК — невероятный каркас для создания нанотрубок», — сказала Ханади Слейман.

Потенциал нанотехнологий зависит от способности ученых создавать необходимые молекулы и материалы. Для этого они используют природный код жизни — ДНК. С помощью простого алфавита из букв A, T, C и G ДНК направляет образование белков. Именно это свойство — хранение химической информации — теперь эксплуатируют нанотехнологи.

В данном случае цепочки ДНК запрограммированы на самосборку в сложные одно-, двух- и трехмерные структуры. Внедряя синтетические молекулы в такие цепочки, группа Слейман придала природному механизму дополнительные, заданные структурные и функциональные свойства.

Используя этот метод, Фейсал Альдае, Пегги Ло, Пьер Карам и Крис Маклафлин из лабораторий Слейман и Косы продемонстрировали первые примеры ДНК-нанотрубок с контролируемой геометрией. Спонтанно формируются треугольные и квадратные трубки.

Эти нанотрубки обладают большим потенциалом, например, для создания металлических нанопроводов разной геометрии. ДНК-трубка может служить формой, в которую «выращивают» металлы, создавая микроскопически тонкие провода для различных применений.

Команда также показала, как можно создавать нанотрубки в «открытой» (одноцепочечной) и «закрытой» (двухцепочечной) форме. Эти формы особенно интересны для инкапсуляции и контролируемого высвобождения лекарств вблизи пораженных клеток.