DNA, bärare av genetisk information, har etablerat sig som ett mycket användbart byggmaterial inom nanoteknik. Ett krav i många applikationer är den kontrollerade, omkopplingsbar montering av nanostrukturer. I journalen Angewandte Chemie , forskare har nu introducerat en ny strategi för kontroll genom att ändra pH-värdet. Den är baserad på etylendiamin, som endast stödjer sammansättningen av DNA-komponenter i en neutral till sur miljö – oberoende av bassekvenserna och utan metalljoner.
En uppsättning korta enkla DNA-strängar kan stickas till en platta som ytterligare aggregeras till ett rikt utbud av geometrier genom självstyrande, klibbiga sammanhållningar. Den så kallade kakelmonteringen efterliknar en kristallbildande process i naturen. När de rätta trådarna är designade, en specifik struktur bildas genom en självmonteringsprocess. Forskare hoppas kunna använda denna metod i framtiden för att organisera nanomaterial eller göra nanorobotar som kan utföra små ingrepp i sjuka organ eller till och med enskilda celler. Nanoelektronik och nanokatalys är också möjliga framtida tillämpningsområden.
Den kontrollerade, växlingsbar sammansättning av nanostrukturer sker med hjälp av vissa DNA-strukturmotiv som ändrar form när pH ändras. Dock, dessa strukturer är baserade på mycket specifika bassekvenser. I kontrast, en sekvensoberoende metod skulle ge tillgång till en universell, mångsidig metod för självmontering av DNA, avsevärt bredda de möjliga användningsområdena för dynamisk DNA-nanoteknik.
Forskare vid Hefei University of Technology; University of Science and Technology i Kina, Hefei, Kina, och Purdue University i West Lafayette, USA, börja med en liten organisk molekyl, etylendiamin, H2N—CH2—CH2—NH2. I vatten, en eller båda aminogrupperna (–NH2) binder reversibelt en ytterligare proton (H+), beroende på pH-värdet. De relativa mängderna av de tre möjliga arterna beror starkt på pH. Etylendiaminmolekylerna med en dubbel positiv laddning kan elektrostatiskt skydda de negativa laddningarna i DNA-ryggraden så att de stöter bort varandra mindre, vilket gynnar självmontering.
Teamet som leds av Yulin Li, Zhaoxiang Deng, och Chengde Mao kunde använda en buffert innehållande etylendiamin för att sätta ihop individuella korsformade DNA-byggstenar (plattor) till en utökad tvådimensionell bikakestruktur i en neutral till sur miljö. Under lätt alkaliska förhållanden, inga utökade strukturer bildades. Som ett exempel på en tredimensionell struktur, forskarna gjorde tetraedriska burar av byggstenar formade som treuddiga stjärnor. Vid ett pH på 6,5, stjärnorna omvandlades reversibelt till tetraeder; vid ett pH på 8 återgick de till stjärnformen eller enskilda strängar.
För att skydda de negativa laddningarna i DNA, positivt laddade metalljoner som Mg2+ används vanligtvis. Etylendiaminbufferten kräver inga metalljoner. Metalljoner ökar aktiviteten hos många enzymer, speciellt DNA-spjälkande nukleaser. Detta nya system är således bättre lämpat för användning i närvaro av enzymer.
