Duke Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, çizimleri veya dijital modelleri DNA’dan yapılmış nano ölçekli heykellere dönüştürebilen yeni bir açık kaynak programı tasarladılar. bir basın açıklamasına göre geçen ay yayınlanan kurum tarafından.
Araştırmacılar, ortaya çıkan yapıların sadece nano-heykellerden daha fazlası olduğunu ifadelerinde açıkladılar. Bunlar, ilaçları dağıtmak için küçük kaplara veya güneş pilleri, tıbbi görüntüleme ve diğer uygulamalar için belirli şekillere sahip metal nanoparçacıkları dökmek için kalıplara dönüştürülebilen kreasyonlardır.
Karmaşık çalışma, Duke Ph.D.’nin işbirliğini gördü. öğrenci Dan Fu, danışmanı John Reif ve ortak yazarlar Raghu Pradeep Narayanan ve Abhay Prasad ile birlikte Arizona Eyaletindeki profesör Hao Yan’ın laboratuvarında.
hayatın planı
“Çoğu insan için DNA, yaşamın planıdır; penguenlerden kavak ağaçlarına kadar tüm canlıların genetik talimatları. Ancak Reif’s ve Yan’s gibi ekipler için DNA, bir genetik bilgi taşıyıcısından daha fazlasıdır – kaynak kodu ve yapı malzemesidir.”
“DNA’nın genetik kodunda, hücrelerimizde öngörülebilir bir şekilde DNA merdiveninin basamaklarını oluşturmak üzere bir araya gelen dört “harf” veya baz vardır. Araştırmacıların birlikte seçtikleri, DNA’nın bu katı baz eşleştirme özellikleri — A ile T ve C ile G –. DNA zincirlerini belirli dizilerle tasarlayarak, iplikçikleri kendilerini farklı şekillerde bir araya getirmek için “programlayabilirler”.
Yeni yazılıma DNAxiS adı verilir ve uzun bir DNA çift sarmalını, nesnenin dış hatlarını oluşturmak için birbirinin üzerine yığılan eşmerkezli halkalara sararak çalışır. İşlem, bir çömlek yapmak için kil bobinlerinin kullanılmasına benzer olarak tarif edilmiştir.
Daha güçlü yapılara mı ihtiyacınız var? Sorun değil! Stabiliteyi artırmak için heykeller ek katmanlarla güçlendirilebilir.
Çok çeşitli formlar
Sonuç, geniş bir yelpaze oluşturabilen bir programdır. çeşitli formlar: koniler, su kabakları ve yonca yaprağı şekilleri. En önemlisi, DNAxiS, kullanıcıların daha uzun DNA halkalarını birleştirmek ve şekilleri yerinde tutmak için kısa DNA “zımbalarını” nereye yerleştireceklerini belirlemek için algoritmalar kullanarak bu tür şekilleri otomatik olarak tasarlamalarına izin veren bu türden ilk yazılım aracıdır.
Fu, “Çok az varsa veya yanlış konumdaysa, yapı doğru şekilde oluşmayacaktır” diye açıkladı. “Yazılımımızdan önce, şekillerin eğriliği bunu özellikle zor bir problem haline getirdi.”
Reif, yeni yazılımın laboratuvar veya klinikteki pratik uygulamalarının hala yıllarca uzakta olabilmesine rağmen, “yeni üç boyutlu yapıların otomatik tasarımı açısından ileriye doğru büyük bir adım” dedi.
Kağıt yayınlandı dergide Bilim Gelişmeleri.
Çalışma özeti:
Üç boyutlu (3D) DNA nanoyapılarını kavisli geometriler aracılığıyla kapsüllemenin hassasiyetini ve işlevini geliştirmek, moleküler taşıma, ilaç dağıtımı ve nanofabrikasyon gibi alanlarda dönüştürücü etkilere sahip olabilir. Bununla birlikte, rasterleştirilmemiş eğriliğin eklenmesi, algoritmik düzenlilik olmadan tasarım karmaşıklığını artırır ve bu zorluklar, önceden bilinmeyen şekillerin ad hoc gelişimini ve kullanımını sınırlamıştır. Bu çalışmada, şekil seçimi, verim, mekanik sağlamlık ve erişilebilirlik konularında geçmişteki engelleri çözmek için artık kapalı ve kavisli DNA nanoyapıları için çok katmanlı bir tasarım içeren, daha önce bilinmeyen bir dizi tasarım ilkesinin uygulamasını geliştiriyor ve otomatikleştiriyoruz. Düzlemsel asimetri gösteren ve kısmi çok katmanlı tasarımları inceleyen bir dizi farklı 3B kavisli nano mimari tasarlıyor, analiz ediyor ve deneysel olarak gösteriyoruz. Otomatik tasarım aracımız, yapı iskelesi yönlendirme ve çapraz yerleşim için birleşik bir algoritmik ve sayısal yaklaşım stratejisi uygular; bu, düzensiz veya eğik şekiller için genel DNA nanoyapı tasarımının daha geniş uygulamalarını mümkün kılabilir.
