“Starry Night” karya Van Gogh dari origami DNA telah menjadi kenyataan

Cara yang aneh untuk menggunakan kemampuan DNA pada tingkat teknologi baru yang menjanjikan diusulkan oleh para peneliti dari California Institute of Technology, yang menciptakan dengan bantuannya reproduksi lukisan terkenal " Starry Night " oleh Vincent Van Gogh . Apa yang Anda lihat di bawah pada gambar monokromatik ukuran koin sepuluh sen adalah hasil dari pelipatan molekul DNA, disertai dengan reorientasi molekul bercahaya di tempat yang ditentukan secara ketat - "sel" resonator optik mikroskopis. Teknologi yang diusulkan untuk mengendalikan proses pelipatan DNA, menurut penulis, dalam jangka panjang akan memungkinkan menciptakan biokomputer berskala nano yang berfungsi penuh.



Teknologi origami DNA, yang memungkinkan molekul DNA panjang untuk mengkomunikasikan segala bentuk dan sifat yang telah ditentukan, dikembangkan oleh Paul Rothemund dari California Institute of Technology sekitar 10 tahun yang lalu. Kemudian ilmuwan berhasil membuat dari cincin DNA molekul dari bakteriofag M13 beberapa bentuk geometris dasar - segitiga, bintang, persegi panjang dan senyum.

Mari kita ingat secara singkat bahwa teknik DNA-origami didasarkan pada prinsip saling melengkapi, yang menggambarkan struktur DNA beruntai ganda. Biolekul seperti itu adalah untaian panjang di mana ada empat jenis "manik-manik", basa nitrogen - guanin, adenin, sitosin, dan timin. Dalam heliks ganda, berlawanan dengan adenin, hanya timin yang dapat ditemukan, dan berlawanan dengan guanin, hanya sitosin, dll.

Memiliki informasi tentang lokasi pangkalan dalam molekul DNA beruntai tunggal, Anda dapat memilih set "klip" pendek untuknya, memaksa rantai untuk melipat secara kompak ke dalam bentuk yang diinginkan, misalnya, ke dalam lembaran datar. Seperti dicatat oleh Paul Rothmund, pengembangan dan sintesis "klip" tersebut memakan waktu sekitar dua minggu, dan proses pembuatan origami memakan waktu beberapa jam setelah komponen dicampur dalam suatu solusi.

DNA yang dibentuk sesuai dengan "skenario" yang diinginkan dapat bertindak sebagai platform di mana semua jenis komponen skala nanometer dapat diintegrasikan, dari molekul zat fluorescent dan nanotube karbon ke mini-kapsul dengan obat-obatan dan elemen biokomputer mikroskopis. Pada saat yang sama, untuk mencapai tujuan yang ditetapkan dan menciptakan nanodevices yang bisa diterapkan, keberadaan basis tunggal berdasarkan DNA tidak cukup.

Pada tahun 2009, Paul Rothmund dan tim spesialis dari IBM Research, menggunakan metode litografi berkas elektron, pertama kali dijelaskan, dan kemudian diimplementasikan, teknologi penempatan ultraprecise molekul DNA dalam urutan tertentu. Semua tahun berikutnya sampai sekarang, Rotmund dengan rekan-rekannya dari California Institute of Technology di bawah kepemimpinan Ashwin Gopinath, profesor dari Departemen Bioteknologi di California Institute of Technology, telah menyempurnakan pengembangan dan, sebagai hasilnya, telah mampu mengusulkan cara untuk secara akurat menemukan molekul DNA pada permukaan dari hampir semua bentuk kompleks, termasuk permukaan chip semikonduktor. Contoh efek apa yang dapat dicapai dengan menggunakan teknologi yang diusulkan adalah reproduksi miniatur Starry Night oleh Van Gogh yang dibuat oleh para ilmuwan.Rothmund dan rekan-rekannya menggunakan teknik DNA origami untuk secara khusus menempelkan molekul fosfor ke permukaan kristal fotonik dua dimensi. Kristal itu sendiri adalah struktur yang menyerupai sarang lebah. Dan untuk pembuatannya, para ilmuwan menggunakan metode etsa permukaan menggunakan berkas elektron.

"Apa yang telah kami buat dapat dibandingkan hanya dengan mengacaukan" bola "molekuler ke dalam kartrid mikroskopis menggunakan DNA origami," jelas Paul Rotmund, "dalam hal ini, dengan menyesuaikan posisi relatif molekul dan jarak antara mereka dan sumber cahaya, kami dapat untuk dapat mengubah kecerahan setiap "bola" tersebut dalam batas yang diperlukan. Reproduksi yang kami buat tidak lebih dari sebuah matriks 65.536 piksel dengan ukuran 256 x 256 dengan kecerahan berbeda ”. Dengan memindahkan origami DNA dalam sebuah matriks dengan langkah 20 nm, para peneliti dapat memperoleh pola yang menyerupai sel-sel papan catur, dengan bagian-bagian dari berbagai tingkat intensitas cahaya "bola" molekuler di tempat "dingin" dan "panas".


<sub>- ( ). : ( ), . — , . Ashwin Gopinath et al. / Nature, 2016


«». Ashwin Gopinath et al. / Nature, 2016</sub>

"Semua pekerjaan sebelumnya terkait dengan penciptaan pemancar cahaya berskala nano memungkinkan untuk menempatkan hanya beberapa" lampu "yang berfungsi karena kompleksitas ekstrim dalam mereproduksi sirkuit kontrol perangkat, yang sebagian besar tergantung pada jumlah dan posisi pemancar di dalam rongga," kata Gopinath. Teknologi baru ini memungkinkan Anda mengatur dari nol hingga tujuh DNA origami, yang memungkinkan untuk mengontrol kecerahan setiap lampu secara digital tanpa batasan.


_{Lokasi adaptor origami di rongga. Uji eksperimen pada reproduksi warna dan Starry Night. Ashwin Gopinath et al. / Alam, 2016}

Masalahnya adalah, ilmuwan menjelaskan, bahwa molekul-molekul fluoresen setelah redistribusi mereka pada substrat "hidup" selama sekitar 45 detik. Setelah itu, mereka bereaksi dengan oksigen dan terbakar. Dalam proses ini, mereka mulai memancarkan cahaya dalam beberapa warna merah, tetapi tidak dalam satu warna murni. Hasil yang diperoleh mengilhami para peneliti untuk mencari solusi untuk masalah ini, yang penghapusannya, menurut pendapat mereka, akan memungkinkan untuk menerapkan teknologi terbaru yang menjanjikan, hingga teknologi yang digunakan dalam sistem komputasi kuantum skala nano.

_Sumber
Alam

---

Itu saja, Dronk.Ru bersamamu. Jangan lupa untuk mengembalikan uang untuk pembelian di China dan berlangganan ke blog kami  , akan ada banyak hal yang lebih menarik.

Kami merekomendasikan:
- Kami menghemat hingga 8% untuk setiap pembelian di AliExpress dan toko online lainnya di Cina
- Mengapa toko online memberikan uang untuk pembelian?
- Dapatkan uang Anda kembali - Pilih layanan cashback untuk Aliexpress
- Sejarah pengembangan Dronk.ru - dari memilih quadrocopters hingga mengembalikan uang untuk pembelian di AliExpress dan tidak hanya
- Layanan cashback terbaik atau 5 kriteria utama untuk mengevaluasi layanan cashback

Source: https://habr.com/ru/post/id396227/