22.04.2021
PL EN
20.03.2021 aktualizacja 21.03.2021
Ludwika Tomala
Ludwika Tomala

Haftowanie nićmi DNA? Wyszliśmy z tym na ląd!

Naukowcy pokazują, jak dzięki krzemionce utrwalać superprecyzyjne nanokonstrukcje z DNA i nanocząstek fot. Paweł Majewski Naukowcy pokazują, jak dzięki krzemionce utrwalać superprecyzyjne nanokonstrukcje z DNA i nanocząstek fot. Paweł Majewski

Od jakiegoś czasu wiadomo było, jak używać nici DNA do haftowania dwuwymiarowych kształtów i budowania nanometrowej wielkości konstrukcji. Struktury te były jednak trwałe tylko w środowisku wodnym. Teraz naukowcy - w tym Polak - pokazują, jak wyjść z tymi rozwiązaniami "na ląd" i dzięki DNA produkować superwytrzymałe nanoobiekty.

Zespół kierowany przez prof. Olega Ganga z Brookhaven National Laboratory i Columbia University pokazał, jak przy użyciu DNA, nanocząstek złota i krzemionki wytwarzać mikroskopijne obiekty 3D o wielkiej wytrzymałości. Tak uzyskane struktury, wytwarzane w środowisku wodnym, zachowują swój kształt po całkowitym wyschnięciu w próżni i są bardzo odporne na wysokie temperatury, zgniatanie czy promieniowanie. Badania na ten temat ukazały się w Science Advances, a pierwszym autorem pracy jest dr Paweł Majewski z Wydziału Chemii UW.

DNA postrzegamy zwykle jako nośnik informacji genetycznej. Naukowcy jednak od lat pokazują, że informacje w DNA zawarte można użyć do budowania wcześniej zaprojektowanych kształtów. Fragmenty łańcuchów poszukujące swojej drugiej połówki są bowiem jak inteligentny klej - mogą łączyć się ze z góry zadaną inną cząsteczką chemiczną lub nanocząstką i w ten sposób tworzyć skomplikowane i wykonane z nanometrową dokładnością kształty o wielkości tysiące razy mniejszej niż grubość włosa.

Dr Paweł Majewski w rozmowie z PAP opowiada, że naukowcy już jakiś czas temu pokazali, że nici DNA da się wykorzystać do superprecyzyjnego haftowania różnych struktur nazywanych origami-DNA. W jednym z badań utkano kiedyś z DNA symbol uśmiechniętej buźki w nanometrowej skali. Jakiś czas później pokazano z kolei, że DNA wykorzystać można również do budowy maleńkich trójwymiarowych konstrukcji - i tak np. z nici DNA utkano nanometrowej wielkości misia.

Były też propozycje, jak DNA wykorzystać do tworzenia "superatomów". Nici DNA służyły jako rusztowania, na których rozpięte były nanocząstki metali o konkretnych właściwościach optycznych. Nici DNA służyły w ten sposób jako podpory do budowania nieznanych dotąd struktur przypominających kryształy.

Badania te - jakkolwiek atrakcyjne wizualnie - miały jednak poważne ograniczenie. DNA to bardzo delikatny materiał, który łatwo uszkodzić - choćby usuwając go ze środowiska wodnego czy narażając na kontakt z promieniowaniem czy substancjami takimi jak alkohol. Nanohafty i konstrukcje z DNA były więc bardzo nietrwałe.

"A my wychodzimy z konstrukcjami z DNA na ląd. Nasze obiekty zachowują swoją strukturę również poza środowiskiem wodnym" - podsumowuje dr Majewski.

Praca w "Science Advances" pokazuje bowiem, jak zakonserwować rusztowania z DNA i nanocząstek złota w kontrolowany sposób pokrywając te małe budowle warstwą krzemionki. Krzemionka zaś "obkleja" dokładnie całą strukturę i nadaje jej wytrzymałości. Nawet więc jeśli DNA wewnątrz konstrukcji ulega zniszczeniu, to krzemionkowa zbroja pozostaje tam, gdzie była. I utrzymuje kształt miniaturowej konstrukcji.

Krzemionkowe nanometrowe pancerze otaczające DNA są bardzo wytrzymałe. "Struktury te pozostaną bez zmian, nawet, jeśli wygrzewa się je w temperaturze ponad 1000 stopni C" - mówi dr Majewski. Dodaje, że taka wytworzona dzięki DNA sieć jest też bardzo odporna na zgniatanie i wytrzymuje ciśnienia o wartości 8 GPa, a więc 80 tys. atmosfer. Materiał jest odporny również na promieniowanie rentgenowskie i nie ulega zniszczeniu nawet w próżni.

"Takie samoorganizujące się i bazujące na nanocząstkach materiały są tak odporne, że można ich używać nawet w zastosowaniach kosmicznych" - uważa prof. Oleg Gang cytowany w komunikacie prasowym Brookhaven National Laboratory.

"Badacze z zespołu prof. Ganga wyplatają z DNA cuda" - uśmiecha się dr Majewski. Wspomina, że kiedy pracował w Brookhaven National Laboratory, prof. Gang zapytał go kiedyś, czy nie ma pomysłu, jak umocnić taką utkaną z DNA strukturę jakimś metalem. Może i w pracy z metalami dr Majewski nie miał doświadczenia, ale tak się złożyło, że wcześniej pracował z półmetalem - krzemem - i jego najpopularniejszym związkiem - krzemionką. W ten sposób naukowcy zaczęli pracować nad rozwiązaniem, które opisano w "Science Advances".

Można się domyślać, że superprecyzyjnie nanostruktury o wielkości tysiące razy mniejszej niż grubość włosa mogą znaleźć zastosowanie choćby przy budowie maleńkich sensorów, czy budowie czipów w laptopach. Ponieważ jednak dotąd wytwarzanie takich nanoobiektów nie było możliwe - można się domyślać, że pomysły na ich zastosowanie dopiero zaczną się pojawiać.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ ekr/

Copyright © Fundacja PAP 2021