Набор коротких одиночных цепей ДНК можно связать в плитку, которая в дальнейшем объединяется в широкий диапазон геометрических форм за счет самонаправленного сцепления липких концов. Так называемая сборка плитки имитирует процесс кристаллообразования в природе. После создания правильных нитей в процессе самосборки формируется определенная структура. Исследователи надеются использовать этот метод в будущем для организации наноматериалов или создания нанороботов, которые смогут выполнять крошечные вмешательства в пораженные органы или даже отдельные клетки.
Наноэлектроника и нанокатализ также являются возможными областями применения в будущем.Контролируемая, переключаемая сборка наноструктур происходит с помощью определенных структурных мотивов ДНК, которые меняют свою форму при изменении pH. Однако эти структуры основаны на очень специфических последовательностях оснований. Напротив, метод, независимый от последовательности, предоставит доступ к универсальному, универсальному методу самосборки ДНК, что значительно расширит возможные области применения динамической нанотехнологии ДНК.
Ученые Хэфэйского технологического университета; Университет науки и технологий Китая, Хэфэй, Китай, и Университет Пердью в Западном Лафайете, США, начинаются с небольшой органической молекулы, этилендиамина, H (2) N — CH (2) — CH (2) — NH (2). В воде одна или обе аминогруппы (-NH (2)) обратимо связывают дополнительный протон (H (+)) в зависимости от значения pH. Относительные количества трех возможных разновидностей сильно зависят от pH. Молекулы этилендиамина с двукратным положительным зарядом способны электростатически экранировать отрицательные заряды в основной цепи ДНК, поэтому они меньше отталкиваются друг от друга, что способствует самосборке.
Команда, возглавляемая Юлином Ли, Чжаосян Дэн и Чэндэ Мао, смогла использовать буфер, содержащий этилендиамин, для сборки отдельных крестообразных строительных блоков ДНК (плиток) в протяженную двухмерную сотовую структуру в нейтральной или кислой среде. В слабощелочных условиях протяженных структур не образуется.
В качестве примера трехмерной структуры исследователи сделали четырехгранные клетки из строительных блоков в форме трехконечных звезд. При pH 6,5 звезды обратимо превращались в тетраэдр; при pH 8 они возвращались к форме звезды или отдельных нитей.
Чтобы защитить отрицательные заряды в ДНК, обычно используются положительно заряженные ионы металлов, такие как Mg (2+). Буфер этилендиамина не требует ионов металлов.
Ионы металлов повышают активность многих ферментов, особенно нуклеаз, расщепляющих ДНК. Таким образом, эта новая система лучше подходит для использования в присутствии ферментов.