(Phys.org) — Grundläggaren av DNA-nanoteknologin – ett område som smider små geometriska byggstenar från DNA-strängar – kom nyligen till SLAC för att få en ny syn på dessa skapelser med hjälp av kraftfulla röntgenlaserpulser.

I årtionden, Nadrian C. "Ned" Seeman, en kemiprofessor vid New York University, har studerat sätt att sätta ihop DNA-strängar till geometriska former och 3D-kristaller med tillämpningar inom biologi, biodatorer och nanorobotik.

Han sa att experimentet som genomfördes 7-11 februari vid SLAC:s Linac Coherent Light Source gjorde det möjligt för hans team för första gången att studera DNA-strukturerna med hjälp av mindre kristaller i lösning vid rumstemperatur.

De vill ta reda på om de kan analysera strukturen på sina prover mer exakt i detta naturliga tillstånd, eftersom deras tidigare arbete förlitade sig på större, frysta prover och frysningsprocessen kan skada DNA-strukturerna.

"Jag tror att vi kommer att få några ganska spännande resultat, " sa Seeman under det sista skiftet i lagets LCLS-experiment. "Jag är väldigt exalterad över allt jag har sett hittills."

DNA-kristallerna suspenderades i vätska och strömmade över banan för den ultraljusa, ultrakorta LCLS röntgenlaserpulser. Detektorer tagna bilder, kända som diffraktionsmönster, produceras när röntgenljuset träffade kristallerna. Tekniken är känd som röntgen nanokristallografi.

SLAC:s Sebastien Boutet, en instrumentforskare vid LCLS Coherent X-ray Imaging Department, sa att DNA-kristallerna som användes i experimentet mätte upp till cirka 2-5 mikron, eller 2-5 tusendelar av en millimeter, i storlek. Kristallerna var till stor del triangulära och var självmonterade från 3D DNA-objekt, bildar ett ordnat galler. Det första experimentet i sitt slag vid LCLS involverade "massor av försök och misstag för att hitta det perfekta sättet att förbereda proverna, sa Boutet.

De konstruerade strukturerna utnyttjar den naturliga kemiska parningen av DNA för att binda ihop små DNA-strängar. De resulterande strukturerna kan användas för att bygga små mekaniska lådor och programmerbara robotar för att rikta in sig på sjukdomar, till exempel.

Forskare kan också använda DNA-teknik som en plattform för att studera andra molekyler, som proteiner, som är viktiga för sjukdomsforskning och läkemedelsutveckling men som är svåra att kristallisera, vilket gör dem svåra att visualisera.

När dessa proteiner är fästa på en DNA-ställning, som att saltbelägga en kringla, mönstren de bildar kan hjälpa forskare att analysera deras struktur.

"Målet, i sista hand, är att kunna använda detta galler som ett kristallisationsmedel för saker som kanske inte så lätt kristalliserar, "Seman sa, "och även för att kontrollera materia, i allmänhet, på nanometerskalan."

Förmågan att bilda ett gitter av DNA-strängar, i kombination med den grundläggande roll DNA spelar som ett biologiskt datalagringsmedium, har också skapat forskning inom DNA-baserad datoranvändning, där DNA:s kemi och struktur manipuleras för att lagra data och utföra beräkningsuppgifter, utföra funktionerna hos magnetiska hårddiskar och kiselchips.

"Nyckelpunkten med DNA är att den har information - den är programmerbar, " sa Seeman.