(Phys.org) —Gömt i en liten bricka av sammanvävt DNA är ett budskap. Budskapet är enkelt, men avkodning av den låser upp hemligheten med dynamisk nanoskalamontering.

Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign har utarbetat ett dynamiskt och reversibelt sätt att montera strukturer i nanoskala och använt det för att kryptera ett morsekodmeddelande. Leds av Yi Lu, Schenck professor i kemi, laget publicerade sin utveckling i Journal of the American Chemical Society .

Forskare och ingenjörer som arbetar med material i nanoskala använder en viktig teknik som kallas programmerbar montering för att strategiskt kombinera enkla byggstenar till större funktionella komponenter eller strukturer. Sådan montering är viktig för applikationer inom elektronik, fotonik, medicin och mycket mer.

De flesta standardtekniker för nanomontering ger en speciell, statisk produkt. Men tittar man på biologi, Lu såg många dynamiska sammanställningar:reversibla byggprocesser, eller byten som kan göras efter montering för att lägga till eller ändra funktion. Sådan mångsidighet skulle kunna möjliggöra många fler applikationer för material i nanoskala, så Lus grupp gav sig i kast med att utforska nanoskalasystem som kan monteras på ett tillförlitligt och reversibelt sätt.

"Jag tror att en kritisk utmaning för vetenskap och teknik i nanoskala är reversibel montering, " sa Lu. "Forskare är nu ganska bra på att placera komponenter på platser de önskar, men inte så bra på att ta på sig något och ta av det igen. Många applikationer kräver dynamisk montering. Du vill inte bara montera den en gång, du vill göra det upprepade gånger, och inte bara använda samma komponent, men också nya komponenter."

Gruppen drog fördel av ett kemiskt system som är vanligt inom biologin. Proteinet streptavidin binder mycket starkt till den lilla organiska molekylen biotin – det tar tag och släpper inte taget. En liten kemisk justering av biotin ger en molekyl som också binder till streptavidin, men håller den löst.

Forskarna började med en mall av DNA-origami – flera DNA-strängar vävda till en kakel. De "skrev" sitt budskap i DNA-mallen genom att fästa biotinbundna DNA-strängar på specifika platser på brickorna som skulle lysa upp som prickar eller streck. Under tiden, DNA bundet till biotinderivatet fyllde de andra positionerna på DNA-mallen.

Sedan badade de plattorna i en streptavidinlösning. Streptavidin bundet till både biotinet och dess derivat, få alla fläckar att "lysa upp" under ett atomkraftmikroskop och kamouflera budskapet. För att avslöja det dolda meddelandet, forskarna lade sedan plattorna i en lösning av fritt biotin. Eftersom det binder till streptavidin så mycket starkare, biotinet avlägsnade effektivt proteinet från biotinderivatet, så att endast de DNA-strängar som är fästa vid det oförändrade biotinet höll kvar sin streptavidin. Morsekodmeddelandet, "NANO, " var tydligt läsbar under mikroskopet.

Forskarna visade också icke-morse-karaktärer, skapa plattor som kunde växla fram och tillbaka mellan ett stort "I" och ett gement "i" eftersom streptavidin och biotin tillsattes omväxlande.

"Detta är ett viktigt steg framåt för montering i nanoskala, " sa Lu. "Nu kan vi koda meddelanden i mycket mindre skala, vilket är intressant. Det finns mer information per kvadrattum. Men det viktigare framsteg är att nu när vi kan utföra reversibel montering, vi kan utforska mycket mer mångsidigt, mycket mer dynamiska applikationer."

Nästa, forskarna planerar att använda sin teknik för att skapa andra funktionella system. Lu föreställer sig att montera system för att utföra en uppgift inom kemi, biologi, avkänning, fotonik eller annat område, att sedan byta ut en komponent för att ge systemet en extra funktion. Eftersom nyckeln till reversibilitet ligger i de olika bindningsstyrkorna, Tekniken är inte begränsad till biotin-streptavidin-systemet och kan fungera för en mängd olika molekyler och material.

"Så länge molekylerna som används i sammansättningen har två olika affiniteter, vi kan tillämpa detta speciella koncept i andra mallar eller processer, " sa Lu.