Ученые создали ДНК-трубки с программируемыми размерами для наномасштабного производства

Ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) разработали простой процесс массового производства молекулярных трубок с идентичной и точно программируемой окружностью. Это достижение может позволить использовать молекулярные трубки в ряде нанотехнологических приложений.

Молекулярные трубки состоят из скрученных нитей ДНК. ДНК считается идеальным строительным материалом для самособирающихся молекулярных структур и устройств, поскольку две комплементарные цепи ДНК могут автоматически распознавать и связываться друг с другом. Ранее ДНК использовали для формирования жестких строительных блоков — «плиток», которые могут собираться в расширенные решетчатые структуры, включая трубки. Однако контролировать диаметр таких трубок было сложно.

Пэн Инь и его коллеги спроектировали серию гибких одноцепочечных молекул ДНК — одноцепочечных ДНК-плиток. Каждая такая плитка имеет длину ровно 42 основания и содержит четыре модульных сайта связывания. Соединяясь комплементарными сайтами, эти плитки связываются друг с другом в определенной ориентации, подобно деталям Lego, формируя трубку из параллельных спиралей ДНК.

Окружность получаемой трубки определяется количеством различных 42-основных фрагментов, использованных в ее конструкции. Например:

• Четыре фрагмента создают трубку с окружностью 12 нанометров.
• Пять фрагментов — трубку с окружностью 15 нм.
• Шесть фрагментов — трубку с окружностью 18 нм.

«Мы не первые, кто создал ДНК-трубки с контролируемой окружностью. Однако наш метод отличается простотой и модульностью», — говорит Инь. Простота подхода позволяет описывать дизайн трубок с помощью простой графической абстрактной системы, разработанной ранее в лаборатории Найлза Пирса.

Наличие нанотрубок различных, точно контролируемых размеров предоставляет больше возможностей, подобно использованию брусьев разного сечения в строительстве. Кроме того, трубки разного размера обладают различными механическими свойствами: трубки меньшего диаметра более гибкие, а большего — более жесткие. В перспективе такие нанотрубки могут служить шаблонами для изготовления нанопроводов с контролируемым диаметром, что будет влиять на электронные свойства устройств.

«Простота подхода с одноцепочечными плитками обещает позволить нам проектировать все более сложные самособирающиеся молекулярные системы. Эта работа одновременно элегантна и полезна», — отмечает Эрик Винфри, в лаборатории которого в Caltech в основном велось это исследование.

Статья «Programming DNA Tube Circumferences» была опубликована 8 августа в журнале Science.