DNA har många praktiska användningsområden. Den lagrar ritningen av genetisk kod. Det hjälper till att inleda arternas utveckling.

Det kan också potentiellt göra en starkare, mer hållbar sked, bland annat.

Ett samarbete som leds av Cornell vänder DNA från organiskt material – som lök, fisk och alger – till biologiskt nedbrytbara geler och plaster. De resulterande materialen kan användas för att skapa vardagliga plastföremål, ovanligt starka lim, multifunktionella kompositer och mer effektiva metoder för läkemedelstillförsel, utan att skada miljön på det sätt som petrokemiskt baserade material gör.

Lagets tidning, "Omvandling av biomassa-DNA till biologiskt nedbrytbara material från geler till plaster för att minska petrokemisk konsumtion, " publicerad 11 maj i Journal of the American Chemical Society .

Samarbetet leds av Dan Luo, professor i biologisk och miljöteknik vid College of Agriculture and Life Sciences. Luos grupp har undersökt sätt att använda biomassa-DNA som ett genetiskt såväl som generiskt material, utnyttja dess egenskaper som en ny polymer.

"Det är många, många anledningar till varför DNA är så bra som generiskt material, " sa Luo. "DNA är programmerbart. Den har fler än 4, 000 nanotools - det är enzymer - som kan användas för att manipulera DNA. Och DNA är biokompatibelt. Du äter DNA hela tiden. Det är giftfritt och nedbrytbart. I princip kan du kompostera det."

Biomassa-DNA:s kanske största dygd är dess rena överflöd. Det finns uppskattningsvis 50 miljarder ton biomassa på jorden, och mindre än 1 % av den mängden skulle kunna uppfylla världens behov av plast under ett år, enligt Luos team. Under tiden, petrokemiska produkter tar en enorm vägtull på miljön – från olje- och gasutvinning och raffinering, till industriell syntes av plast, till de miljontals ton produkter som skräpar ner land och hav utan att förnedra.

Medan biomassa tidigare har omvandlats till biologiskt nedbrytbara material, den processen – där polysackarider som cellulosa bryts ner och omsyntetiseras till polymerer – kräver extra energi och extrema temperaturer som också belastar miljön.

Luos team kringgick den nedbrytningssyntesprocessen genom att utveckla en tvärbindningsmetod i ett steg som upprätthåller DNA:s funktion som en polymer utan att bryta dess kemiska bindningar. Processen är förvånansvärt enkel:forskarna extraherar DNA från vilken organisk källa som helst – som bakterier, alger, lax- eller äppelrester — och lös det i vatten. Efter att lösningens pH justerats med alkali, forskarna lägger till polyetylenglykoldiakrylat, som kemiskt länkar till DNA-polymeren och bildar en hydrogel.

Gelén kan sedan dehydreras för att producera en rad tätare material, som plast och lim.

"Det är en mycket enklare process än konventionell syntes, " sa Luo. "Hela processen är mer genomförbar, mer ekonomiskt och [kan göras] i större skala, eftersom du inte behöver förbehandla biomassans DNA. Du tvärbinder dem bara direkt till plast."

En ytterligare fördel med tvärbindning är att forskare kan justera de nya materialen med ovanliga egenskaper. Till exempel, postdoktorn Dong Wang skapade ett lim som kan fästa vid teflon vid minus 20 grader Celsius, en temperatur som skulle frysa traditionella vattenbaserade lim. Wang gjorde också en biomassa "blomma" som inkorporerade magnetiska nanopartiklar och kunde manipuleras med ett magnetfält.

"Produktens tillämpning beror på de egenskaper vi har råd med den, " sa Luo. "Du kan göra den självlysande, göra den ledande eller icke-ledande, göra det mycket starkare. Allt du kan tänka dig."

Förutom att generera allt från leksaker och redskap till kläder och skinn för byggnader, Luo sa att hydrogeler kan vara särskilt väl lämpade för droger med kontrollerad frisättning. Forskarna kunde också uppnå cellfri proteinproduktion som inte hade varit möjlig i petrokemiska produkter.

"Vår tvärbindningsmetod är väldigt generell, sa Wang, tidningens huvudförfattare. "Det kan expanderas till andra polymerer, andra molekyler."

Kostnaden för konvertering vid nuvarande labbmiljö är cirka 1 USD per gram material, med nästan 90 % av kostnaden som går till den etanol som krävs för att extrahera DNA från biomassan. Om den tillverkas i industriell skala, Luo uppskattar att kostnaden skulle minska dramatiskt, hundrafaldigt eller till och med tusenfaldigt.

En potentiell utmaning är att få fram tillräckligt stora mängder biomassa för att extrahera DNA:t. Forskarna behöver fortfarande ta reda på hur de ska kontrollera materialens livslängd och den tid det tar för dem att brytas ned.

"Vi arbetar också för att göra biomassans DNA-material mycket mer funktionella, att göra olika typer av material, gör dem superstarka, väldigt mjukt, " sa Luo. "Men vi kommer aldrig att glömma att det är ett DNA-baserat material. När det är möjligt, vi vill dra fördel av DNA:s genetiska roll."