«Теперь мы можем взять линейные наноматериалы и определить, как они организованы в двух измерениях, используя платформу ДНК-оригами для создания любого количества форм», — объясняет профессор химии Нью-Йоркского университета Надриан Симан, старший автор статьи, основавший и разработавший эту область. нанотехнологий ДНК, которой три десятилетия назад занимаются лаборатории по всему миру.Сотрудница Симана Салли Гра, доцент Мельбурнского университета, говорит: «Мы соединили вместе два строительных блока жизни, ДНК и белок, новым захватывающим способом.
Мы выращиваем белковые волокна в структуре ДНК-оригами».В ДНК-оригами используется около двухсот коротких цепей ДНК, которые направляют более длинные цепочки в формирование определенных форм.
В своей работе ученые стремились создать, а затем изменить форму амилоидных фибрилл — стержней из агрегированных белков или пептидов, которые по прочности соответствуют паучьему шелку.Для этого они сконструировали набор из 20 двойных спиралей ДНК, чтобы сформировать нанотрубку, достаточно большую (от 15 до 20 нанометров — чуть более одной миллиардной метра — в диаметре), чтобы вместить фибриллы.
Платформа строит фибриллы, сочетая свойства нанотрубки с синтетическим пептидным фрагментом, который помещается внутри цилиндра. Полученные нанотрубки, заполненные фибриллами, затем могут быть организованы в двумерные структуры посредством серии взаимодействий гибридизации ДНК-ДНК.«Фибриллы необычайно сильны и, как таковые, являются хорошим барометром способности этого метода формировать двумерные структуры», — отмечает Симан. «Если мы сможем управлять ориентацией фибрилл, мы сможем делать то же самое с другими линейными материалами в будущем».Симан указывает на перспективу создания двумерных форм в наномасштабе.
«Если мы сможем производить более мелкие и прочные материалы в электронике и фотонике, у нас есть потенциал для улучшения потребительских товаров», — говорит Симан. «Например, когда компоненты меньше, это означает, что сигналы, которые они передают, не должны распространяться так далеко, что увеличивает их скорость работы. Вот почему маленький размер так интересен — вы можете создавать более совершенные структуры в мельчайших химических масштабах».Исследование было поддержано грантами Национального института общих медицинских наук, входящего в состав Национальных институтов здравоохранения (GM-29554), Национального научного фонда (CMMI-1120890, CCF-1117210), Управления армейских исследований (MURI W911NF- 11-1-0024), Управление военно-морских исследований (N000141110729, N000140911118), стипендия Австралийской сети нанотехнологий для зарубежных поездок, стипендия для поездок за границу в Мельбурне, Институт Bio21 и Центр обработки твердых частиц.
Работа была частично выполнена в Центре функциональных наноматериалов Брукхейвенской национальной лаборатории при поддержке Управления фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США.