50 миллиардов смайликов — это концентрированное счастье

Диаметр этого смайлика около 100 нанометров — это в тысячу раз меньше диаметра человеческого волоса (изображение с сайта mobilemag.com

Вот тебе и пожалуйста. Ещё вчера наносборка казалась сложной процедурой по принципу "атом за атомом". К тому же – весьма дорогостоящей: собирать приходилось в вакууме или при чрезвычайно низких температурах. А теперь выяснилось, что всё гораздо проще и дешевле — учёный научился сгибать ДНК как бумагу.

Молодого исследователя-первооткрывателя зовут Пол Роземунд (Paul W.K. Rothemund). Вместе с коллегами по группе он изучает ДНК и природные алгоритмы (DNA and Natural Algorithms Group) в Калифорнийском технологическом институте (Caltech).

Согласно недавней публикации в журнале Nature, Роземунд называет своё изобретение "ДНК-оригами" ("DNA origami") и может создать из молекулярных цепочек любую двухмерную фигуру. Это Пол уже доказал на практике, явив миру несколько своих "художественных работ".

Прежде всего, это карта обеих Америк в масштабе 1 к 200 триллионам. Всё западное полушарие заняло меньше места, чем бактерия, а 50 миллиардов копий этой карты могли бы соответствовать одной капле воды. "Я хотел сделать карту всего мира, но мне не хватило времени, — сокрушается учёный. — Из-за этого я чувствую себя ужасно".

На этой карте 1 нанометр представляет 200 километров (изображение Paul W.K. Rothemund).

Роземунд огорчается напрасно – его, сделанная из ДНК карта на сегодняшний день является самым большим и самым сложным объектом наномасштаба, созданным в лаборатории.

Всего же группа Пола сделала с десяток разнообразных форм, включая схематическое изображение двойной спирали, снежинку, цветок, пятиконечную звезду и смайлик.

По словам исследователей, для создания каждой формы требуется месяц планирования и несколько часов непосредственно на изготовление.

Этот тот же наносмайлик, что на картинке под заголовком. Только тут он на стадии создания. Учёные "распутали" нуклеотидные нити ДНК, после чего одну из них заставили, многократно изгибаясь, выстроить структуру, похожую на лабиринт. Получилось основание формы, которое скрепляется и "раскрашивается" короткими нитями (изображение Nick Papadakis).

Что ж, перейдём к процессу производства. Сначала Роземунд вычерчивает форму на листе миллиметровки — непрерывной линией рисует подобие лабиринта. После этого "картинка" загружается в компьютер, который высчитывает, сколько понадобится материалов, и каков их химический состав.

Затем начинается строительство на подложке. Исследователи берут распутанные нуклеотидные нити, добавляют небольшое количество соли и близкую к точке кипения температуру. В конце концов, элементам ДНК разрешают медленно охладиться, что означает — самостоятельно собраться в заданную форму.

	Слева Пол Роземунд. Рядом его руководитель Эрик Уинфри (фото Caltech).

Индивидуальные цепочки сворачиваются на поверхности взад-вперёд по спирали, формируя основу, которая впоследствии скрепляется более короткими нитями (их около 200), играющими также роль "пикселей дисплея" диаметром шесть нанометров. Вот и всё.

Хотя команда Роземунд пока создаёт только двухмерные структуры, Пол говорит, что с 3D-формами не должно возникнуть никаких проблем. Таким образом, новая техника может стать важным инструментом для строительства наноустройств в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса.

"Да, пока это лишь художественные работы, — соглашается Роземунд, — но мы верим, что раз уж нам удалось создать из ДНК формы, то получится и сделать с ними что-нибудь полезное. Кроме того, по пути мы узнаём много нового о самой структуре ДНК".

Учёный надеется, что его метод найдёт применение в электронике, медицине и молекулярной биологии. Одна из потенциальных возможностей — сделанная в наномасштабе "клетка", в которой фармацевты, испытывающие новые препараты, могли бы изолировать ферменты, пока они не будут готовы к "подключению" или "отключению" других белков.

Ещё несколько художеств команды Роземунда (изображение Paul Rothemund/Caltech).

Следует отметить — это не Роземунд придумал использовать ДНК для создания форм. Первенство приписывают Надриану Симэну (Nadrian Seeman) из Нью-йоркского университета (New York University). Другим пионером в данной области считается Эрик Уинфри (Erik Winfree), в группе которого работает Пол.

"В этом исследовании Пол добился нескольких необычных "впервые для человечества", — убеждён Уинфри. — В одной типичной реакции он может сделать приблизительно 50 миллиардов смайликов. Я думаю, что это — самое сконцентрированное счастье из всех когда-либо созданных".

"В некотором смысле он революционер, — подтверждает Симэн. — Его работа, конечно же, изменит те способы, с помощью которых люди делают вещи".

 

По материалам Membrana.ru