Ett internationellt samarbete inklusive forskare från NIST Center for Nanoscale Science and Technology och Universidad San Francisco de Quito, Ecuador har tillverkat en egenmonterad nanofiber från en DNA-byggsten som innehåller både duplex (tvåsträngat) och fyrsträngat (fyrsträngat) DNA. Detta arbete är ett första steg mot skapandet av nya strukturellt heterogena (quadruplex/duplex), ändå kontrollerbar, DNA-baserade material som uppvisar nya egenskaper som är lämpliga för självmontering från botten till topp för nanotillverkning, inklusive självorganisering av både oorganiska material (nanopartiklar) och molekylära elektronikkomponenter.

De nya nanofibrerna är konstruerade av duplex-DNA-prekursorer som först bildar quadruplex-DNA i närvaro av kaliumjoner och sedan kopplas samman för att bilda en fiber. DNA-kvadruplex är ovanliga strukturer som kan bildas från DNA-sekvenser som är rika på nukleotiden guanin. Varje sträng i duplex-DNA-prekursorn innehåller en intern körning av åtta guaniner, vilket skapar en region av guanin-guanin-felmatchningar, plus ett segment som sträcker sig förbi duplexområdet för att skapa ett enkelsträngat överhäng. När kaliumjoner tillsätts, duplexprekursorerna självmonteras till quadruplexstrukturer, och sedan till duplex/quadruplexfibrer. Dessa fibrer detekterades i bulk med användning av elektrospraymasspektrometri och gelelektrofores. Enmolekylanalys med hjälp av atomkraftsmikroskopi visade fiberlängder från 250 nm till 2000 nm. Eftersom interaktion mellan fyra DNA-strängar sker i vissa fibersegment, de slutliga strukturerna tycks vara styvare än DNA-baserade strukturer byggda från subenheter med endast duplex. Denna ökade styvhet bör leda till förbättrad DNA-mönstring för nanoteknologiapplikationer. I motsats till DNA-origami och DNA-plattor som enbart är baserade på duplex-DNA, forskarna tror att genom att variera sekvensen av duplex och quadruplex subenheter de i slutändan kommer att kunna skapa DNA-byggstenar som förblir intakta vid temperaturer från rumstemperatur till 100 ºC.

Enligt CNSTs projektledare Veronika Szalai, detta arbete kommer att möjliggöra framtida integration med andra programmerbara självmonteringsmetoder som DNA-origami, såväl som med andra nanomaterialkomponenter som kvantprickar, att skapa nya multifunktionella biologiskt baserade nanomaterial.