(PhysOrg.com) -- Under de senaste åren, forskare har börjat utnyttja DNA:s kraftfulla molekylära maskineri för att bygga konstgjorda strukturer i nanoskala med hjälp av den naturliga förmågan hos par av DNA-molekyler att samlas till komplexa strukturer. Sådan "DNA-origami, ” först utvecklad vid California Institute of Technology, skulle kunna tillhandahålla ett sätt att montera komplexa nanostrukturer såsom halvledarenheter, sensorer och läkemedelstillförselsystem, från botten och upp.

Medan de flesta forskare inom området arbetar för att visa vad som är möjligt, forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) försöker avgöra vad som är praktiskt.

Enligt NIST-forskaren Alex Liddle, det är ungefär som att bygga med LEGO – vissa mönster gör det möjligt för klossarna att passa ihop tätt och hålla ihop starkt och andra gör det inte.

"Om tekniken verkligen kommer att vara användbar, du måste ta reda på hur bra det fungerar, säger Liddle. "Vi har bestämt vilka ett antal av de kritiska faktorerna som är för det specifika fallet att montera nanostrukturer med en DNA-origami-mall och har visat hur korrekt design av de önskade nanostrukturerna är avgörande för att uppnå bra utbyte, rör på sig, vi hoppas, tekniken ett steg framåt.”

I DNA-origami, forskare lägger ner en lång tråd av DNA och fäster "häftklamrar" som består av komplementära strängar som binder för att få DNA:t att vikas ihop till olika former, inklusive rektanglar, kvadrater och trianglar. Formerna fungerar som en mall på vilken objekt i nanoskala som nanopartiklar och kvantprickar kan fästas med hjälp av strängar av länkmolekyler.

NIST-forskarna mätte hur snabbt strukturer i nanoskala kan monteras med denna teknik, hur exakt monteringsprocessen är, hur nära de kan placeras, och styrkan hos bindningarna mellan nanopartiklarna och DNA-origamimallen.

Vad de hittade är att en enkel struktur, fyra kvantpunkter i hörnen av en 70-nanometer gånger 100-nanometer origami-rektangel, tar upp till 24 timmar att självmontera med en felfrekvens på cirka 5 procent.

Andra mönster som placerade tre och fyra prickar i en linje genom mitten av origamimallen blev alltmer felbenägna. Att täcka prickarna i biomaterial, en nödvändighet för att fästa dem på mallen, ökar deras effektiva diameter. En bredare effektiv diameter (cirka 20 nanometer) begränsar hur nära prickarna kan placeras och ökar också deras tendens att störa varandra under självmontering, vilket leder till högre felfrekvens och lägre bindningsstyrka. Denna trend var särskilt uttalad för mönstren med fyra punkter.

"Sammantaget, vi tror att den här processen är bra för att bygga strukturer för biologiska applikationer som sensorer och läkemedelstillförsel, men det kan vara lite jobbigt när det tillämpas på tillverkning av halvledarenheter – avstånden kan inte göras tillräckligt små och felfrekvensen är alldeles för hög, säger Liddle.