3D-DNAナノ構造

DNAを折りたたむ 紙折りのようなDNAナノテクノロジーは30年ほど前に開発されました。 2006年、カリフォルニア工科大学のPaul Rothemundは、DNAの長い鎖をさまざまな所定の形状に折りたたむことを実証しました。得られたナノ構造は、カーボンナノチューブやナノワイヤーなどのコンポーネントを正確に組み立てるための足場またはミニチュア回路基板として使用できます。しかし、数倍のDNA構造を作成するには、単一のDNA鎖を囲む領域に数百の「ステープル」を追加する必要があります。そして、新しいナノ構造を作るためには、新しいステープルのセットが必要です。さらに、DNA構造は基板表面にランダムに配置される傾向があるため、後で電子回路に統合することは困難です。 DNAブリック 上記の困難を克服するために、米国のハーバード大学の研究者は、合成DNAの「レンガ」を組み立てることによって非常に複雑な3Dナノ構造を作成する技術を開発しました。レゴの小さな断片のようなレンガは、さまざまな形や構成に組み立てて、精巧に設計されたナノ構造を構築することができます。研究者らは、DNAの短い合成鎖をかみ合わせて長いDNA鎖から始め、鎖間の局所的な相互作用を適切に制御することでより大きな構造を作る自己組織化技術によってDNAブリックを作成しました。この手法は、DNAの4つの塩基対（アデノシン、チミン、シトシン、グアニン）を使用したDNA自己組織化法に依存しており、特定の方法で自然に結合して2D構造のコレクションを作成できます。 テクニック 3D構造を作成する手法は、長さがわずか32塩基の小さなDNAブリックストランドから始まり、90°で接続されて数百のDNA分子キューブを含むDNA分子キューブを作成するためにスペースに組み込まれた4つの隣接するDNAブリックストランドに結合する4つの領域を持ちます。レンガ。各DNA構造は、ナノ構造内の最終的な位置を決定する個々の配列でエンコードされたブリックに自己組織化します。各シーケンスは相補的なシーケンスにのみ引き付けられるため、さまざまなシーケンスを選択することで特定の形状を作成できます。 アプリケーション DNAブリック技術を使用すると、特定のDNAブリックのサブセットを選択するだけで、同じマスターキューブから任意の数の構造を非常に簡単に作成できます。これまでに構築されたどの3DDNA構造よりも複雑な複雑な空洞、表面の特徴、チャネルを含む多くの複雑な形状を作成できます。また、主要な構造を変更せずにDNAブリックを追加または削除することで変更を加えることができます。研究者は、多くの適切な技術的に関連するゲスト分子を、プログラム可能な分子プローブ、生物学的イメージングおよび薬物送達媒体用の機器として機能し、電子機器およびフォトニクスアプリケーション用のハイスループットの複雑な無機デバイスを製造する機能デバイスに組み込むことができると主張しています。彼らはさらに、DNAの天然型ではなく合成ポリマーを使用することにより、さまざまな異なる環境で安定した機能的構造を作成できる可能性があると主張しています。研究者たちは、DNAレンガ技術を使用して作られた構造は、体内での標的薬物送達のためのスマート医療機器、プログラム可能なイメージングプローブ、さらにはより高速でより強力なコンピューターの製造など、さまざまなアプリケーションで使用できる可能性があると述べています。チップ回路。 DNAマイクロチップ マイクロチップは、コンピューター、携帯電話、その他の電子機器に使用されています。 IBMは、DNAナノ構造を使用してDNAマイクロチップを構築しています。 DNAのような生物学的構造は実際には非常に再現性のある反復的な種類のパターンを提供するため、これは半導体産業での処理を支援するために生物学的分子を使用するための取り組みです。それは次世代の構造であり、チップメーカーはより安い価格で最小のチップを開発するために競争しています。 遺伝子検出 自己組織化されたDNAナノ構造から作られた遺伝子検出プラットフォームは、100兆の反応性および機能性DNAコンポーネントを使用して作られています。添付された差別化されたラベルを質量でスキャンすることにより、溶液の分子組成の明確な読み取りを得ることができます。この方法では、個々の分子のバーコード化が可能になり、識別と分析が容易になります。バイオセンシング 米国の研究者の調査により、完全にグラフェンとDNAで作られたナノ構造が得られました。蛍光タンパク質を使用して2つのコンポーネント間の相互作用を追跡すると、一本鎖DNAがその二本鎖兄弟よりもはるかに強力に炭素化合物と相互作用することがわかりました。すでに書記素上にある鎖に相補DNAを加えると、マーカータンパク質が新たな強さで輝き始め、最初の鎖がグラフェン基質から分離するにつれて、新しいDNA分子が形成されたことを示します。研究者によると、この特性は新しいクラスのバイオセンサーの作成への道を開く可能性があります。グラフェン-DNAナノ構造は、癌、腐敗した食品中の毒素、改変された食品などの状態を検出するために病院で使用され、生物兵器を運ぶ疑いのあるパッケージをスキャンするためにも使用されます病原体の痕跡について。 DNAマシン Oxford Center for Soft and Biological Matterは、ワトソン-クリックの塩基対のエレガントな選択性により、DNAがナノスケールのオブジェクトや機械の構築に非常に役立つツールになると報告しています。塩基の配列を注意深く選択することにより、安定した構造と機械的サイクルを一本鎖のシステムにプログラムすることができます。 DNAナノ構造足場 アリゾナ州立大学の研究者は、体内で免疫応答を引き起こす分子を運ぶことができるさまざまな形状とサイズのDNAナノ構造を開発しました。彼らはすでに足場材料として機能する可能性のあるDNAナノ構造を開発し、病気の要素のない天然ウイルスに似た合成ワクチン複合体を作成しました。次に、合成ワクチン複合体をピラミッド形状および枝状構造のDNAナノ構造に付着させました。これは、標的治療薬の開発に大きな可能性を秘めています。 DNA結晶 ニューヨーク大学の化学者は、ナノ電子コンポーネントの作成や3D構造の照明を可能にする薬物受容体ターゲットの編成など、さまざまな潜在的な産業および製薬用途を持つ3次元DNA構造を作成しました。研究者は、一連の3D三角形のようなモチーフに自己組織化する能力を持つDNAの合成配列を作成します。結晶の作成は、他の分子に付着し、それらを設定された順序と方向に配置する「粘着末端」（モチーフの各端に小さな凝集配列）を配置することに依存していました。これらの粘着末端の構成により、モチーフはプログラムされた方法で互いに付着することができます。遺伝子工学技術を使用することにより、複数のらせんが一本鎖粘着末端を介して互いに結合され、6つの異なる方向に伸びる格子状の構造が形成され、それによって3D結晶が生成されました。