Forskare från North Carolina State University, Duke University och Köpenhamns universitet har skapat världens största DNA-origami, som är konstruktioner i nanoskala med tillämpningar som sträcker sig från biomedicinsk forskning till nanoelektronik.

"Dessa origami kan anpassas för användning i allt från att studera cellbeteende till att skapa mallar för nanotillverkning av elektroniska komponenter, " säger Dr Thom LaBean, en docent i materialvetenskap och ingenjörskonst vid NC State och senior författare till en artikel som beskriver arbetet.

DNA-origami är självmonterande biokemiska strukturer som består av två typer av DNA. För att göra DNA-origami, forskare börjar med en biologiskt härledd DNA-sträng som kallas ställningssträngen. Forskarna designar sedan skräddarsydda syntetiska DNA-strängar, kallas stapelsträngar. Varje stapelsträng består av en specifik sekvens av baser (adenin, cytosin, talin och guanin – byggstenarna i DNA), som är utformad för att paras ihop med specifika undersekvenser på ställningssträngen.

Stapelsträngarna införs i en lösning som innehåller ställningssträngen, och lösningen upphettas och kyls sedan. Under denna process, varje häftsträng fästs vid specifika sektioner av ställningssträngen, dra ihop dessa sektioner och vika ställningssträngen till en specifik form.

Standarden för DNA-origami har länge varit begränsad till en ställningssträng som består av 7, 249 baser, skapa strukturer som mäter ungefär 70 nanometer (nm) gånger 90 nm, även om formerna kan variera.

Dock, forskargruppen ledd av LaBean har nu skapat DNA-origami bestående av 51, 466 baser, mäter cirka 200 nm gånger 300 nm.

"Vi var tvungna att göra två saker för att göra det här lönsamt, " säger Dr Alexandria Marchi, huvudförfattare till artikeln och en postdoktor vid Duke. "Först var vi tvungna att utveckla en anpassad ställningssträng som innehöll 51 kilobaser. Det gjorde vi med hjälp av molekylärbiologen Stanley Brown vid Köpenhamns universitet.

"Andra, för att göra detta ekonomiskt genomförbart, vi var tvungna att hitta ett kostnadseffektivt sätt att syntetisera klammersträngar – eftersom vi gick från att behöva 220 klammersträngar till att behöva mer än 1, 600, säger Marchi.

Forskarna gjorde detta genom att använda vad som i huvudsak är en konverterad bläckstråleskrivare för att syntetisera DNA direkt på ett plastchip.

"Tekniken vi använde skapar inte bara stor DNA-origami, men har en ganska enhetlig utgång, " LaBean säger. "Mer än 90 procent av origamin är självmonterande på rätt sätt."