3D-DNA 나노구조

DNA 접기 종이 접기와 같은 DNA 나노 기술은 약 30년 전에 개발되었습니다. 2006년 캘리포니아 공과대학의 Paul Rothemund는 DNA의 긴 가닥을 미리 결정된 다양한 모양으로 접는 것을 시연했습니다. 생성된 나노구조는 탄소 나노튜브 및 나노와이어와 같은 구성요소를 정밀하게 조립하기 위한 스캐폴딩 또는 소형 회로 기판으로 사용될 수 있습니다. 그러나 여러 겹의 DNA 구조를 만들기 위해서는 단일 DNA 가닥을 둘러싸는 영역에 수백 개의 "스테이플"이 추가되어야 합니다. 그리고 새로운 나노구조를 만들기 위해서는 새로운 스테이플 세트가 필요합니다. 더욱이, DNA 구조는 기판 표면에 무작위로 배열되는 경향이 있어 이후에 전자 회로에 통합하기가 어렵습니다. DNA 브릭 위의 어려움을 극복하기 위해 미국 하버드 대학의 연구원들은 합성 DNA "벽돌"을 함께 조립하여 고도로 복잡한 3D 나노구조를 만드는 기술을 개발했습니다. 레고의 작은 조각과 같은 브릭을 다양한 모양과 구성으로 조립하여 정교하게 설계된 나노 구조를 만들 수 있습니다. 연구자들은 짧은 합성 DNA 가닥을 서로 맞물려 긴 DNA 가닥부터 시작하여 가닥 간의 국부적 상호작용을 적절하게 제어하여 더 큰 구조를 만드는 자가 조립 기술로 DNA 벽돌을 만들었습니다. 이 기술은 DNA의 4가지 염기쌍(아데노신, 티민, 시토신 및 구아닌)을 사용하는 DNA 자가 조립 방법에 의존하며, 이는 2D 구조 모음을 제작하기 위해 특정 방식으로 자연적으로 결합할 수 있습니다. 기술 3D 구조를 만드는 기술은 90°를 통해 연결되고 수백 개의 DNA 분자 큐브를 만들기 위해 공간에 내장된 4개의 인접한 DNA-벽돌 가닥에 결합할 4개의 영역이 있는 32개 염기 길이의 더 작은 DNA-벽돌 가닥으로 시작합니다. 벽돌. 각 DNA 구조는 나노구조에서 최종 위치를 결정하는 개별 시퀀스로 암호화된 벽돌에 자가 조립됩니다. 각 시퀀스는 서로 다른 시퀀스의 선택을 통해 특정 모양을 만들 수 있도록 보완 시퀀스에만 끌립니다. 응용 프로그램 DNA-brick 기술을 사용하면 특정 DNA 벽돌의 하위 집합을 선택하기만 하면 동일한 마스터 큐브에서 여러 구조를 매우 쉽게 만들 수 있습니다. 지금까지 구성된 3D DNA 구조보다 더 복잡한 복잡한 공동, 표면 특징 및 채널을 포함하는 많은 복잡한 모양을 만들 수 있습니다. 또한 주요 구조를 변경하지 않고 DNA 브릭을 추가하거나 제거하여 수정을 수행할 수 있습니다. 연구원들은 많은 적절한 기술적으로 관련된 게스트 분자가 프로그래밍 가능한 분자 프로브, 생물학적 이미징 및 약물 전달 차량을 위한 도구 역할을 할 수 있는 기능 장치에 통합될 수 있고 전자 및 광자 응용을 위한 높은 처리량의 복합 무기 장치를 제작할 수 있다고 주장합니다. 그들은 또한 DNA의 천연 형태가 아닌 합성 고분자를 사용함으로써 더 다양한 환경에서 안정적인 기능적 구조를 만드는 것이 가능할 수 있다고 주장합니다. 연구원들은 DNA 벽돌 기술을 사용하여 만든 구조가 신체의 표적 약물 전달을 위한 스마트 의료 장치, 프로그래밍 가능한 이미징 프로브, 심지어 더 빠르고 강력한 컴퓨터 제조와 같은 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다고 말합니다. 칩 회로.DNA 마이크로칩 마이크로칩은 컴퓨터, 휴대폰 및 기타 전자 장치에 사용됩니다. IBM은 DNA 나노구조를 사용하여 DNA 마이크로칩을 구축하고 있습니다. 이것은 DNA와 같은 생물학적 구조가 실제로 매우 재현 가능하고 반복적인 종류의 패턴을 제공하기 때문에 반도체 산업에서 처리를 돕기 위해 생물학적 분자를 사용하려는 노력입니다. 차세대 구조가 될 것이며 칩 제조사들은 더 저렴한 가격에 가장 작은 칩을 개발하기 위해 경쟁하고 있다. 유전자 검출 자가조립된 DNA 나노구조로 만든 유전자 검출 플랫폼은 100조 개의 반응성 및 기능적 DNA 구성요소를 사용하여 만들어졌습니다. 질량에 부착된 차별화된 라벨을 스캔하면 용액의 분자 구성을 명확하게 읽을 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 개별 분자의 바코드를 쉽게 식별하고 분석할 수 있습니다.바이오 센싱 미국 연구원의 조사 결과 완전히 그래핀과 DNA로 만들어진 나노구조가 나타났습니다. 형광 단백질을 사용하여 두 구성 요소 간의 상호 작용을 추적했을 때 단일 가닥 DNA가 이중 가닥 형제보다 훨씬 더 강한 탄소 화합물과 상호 작용한다는 것이 발견되었습니다. 상보적 DNA가 이미 그래핀에 있는 가닥에 추가되면 마커 단백질이 새로운 강도로 빛나기 시작하여 그래핀 기질에서 첫 번째 가닥이 분리되면서 새로운 DNA 분자가 형성되었음을 나타냅니다. 연구원들에 따르면, 이 속성은 새로운 종류의 바이오센서를 만드는 길을 열 수 있습니다. 그래핀-DNA 나노구조는 병원에서 암, 부패 및 변형 식품의 독소와 같은 상태를 감지하고 생물학적 무기를 운반하는 것으로 의심되는 패키지를 스캔하는 데 사용될 것입니다. 병원균의 흔적에 대해. DNA 기계 Oxford Center for Soft and Biological Matter는 Watson-Crick 염기쌍의 우아한 선택성이 DNA를 나노 규모의 물체와 기계를 만드는 데 매우 유용한 도구로 만든다고 보고합니다. 염기 서열을 신중하게 선택하여 안정적인 구조와 기계적 주기를 단일 가닥 시스템으로 프로그래밍할 수 있습니다.DNA 나노구조 스캐폴드 Arizona State University의 연구원들은 분자를 운반하여 신체의 면역 반응을 유발할 수 있는 다양한 모양과 크기의 DNA 나노구조를 개발했습니다. 그들은 이미 스캐폴딩 재료로 기능할 수 있는 DNA 나노구조를 개발했으며 질병 요소 없이 천연 바이러스와 유사한 합성 백신 복합체를 만들었습니다. 그런 다음 합성 백신 복합체를 피라미드 모양과 가지 같은 구조의 DNA 나노 구조에 부착했습니다. 이것은 표적 치료제의 개발을 위한 큰 잠재력을 가지고 있습니다.DNA 결정 New York University의 화학자들은 나노전자 부품의 생성 및 3D 구조의 조명을 가능하게 하는 약물 수용체 표적의 조직과 같은 잠재적인 산업 및 제약 응용의 범위가 있는 3차원 DNA 구조를 생성했습니다. 일련의 3D 삼각형과 같은 모티프로 자가 조립할 수 있는 DNA 합성 시퀀스를 만드는 것입니다. 결정의 생성은 다른 분자에 부착되어 정해진 순서와 방향으로 배치되는 "끈적끈적한 끝"(모티프의 각 끝에 작은 응집 시퀀스)을 두는 데 의존했습니다. 이 끈적끈적한 끝 부분을 구성하면 모티프가 프로그래밍된 방식으로 서로 붙을 수 있습니다. 유전 공학 기술을 사용하여 단일 가닥의 끈적 끈적한 말단을 통해 여러 나선이 함께 연결되어 6 개의 다른 방향으로 확장되는 격자 모양의 구조가 형성되어 3D 결정이 생성됩니다.