I en mikroskopisk bedrift som liknade en högtrådscirkusakt, Johns Hopkins-forskare har lirkat DNA-nanorör för att montera sig själva till broliknande strukturer välvda mellan två molekylära landmärken på ytan av en labbskål.

Teamet fångade exempel på denna ovanliga prestanda i nanoskala på video.

Denna självmonterande bryggprocess, som någon gång kan användas för att ansluta elektronisk medicinsk utrustning till levande celler, rapporterades av teamet nyligen i journalen Naturens nanoteknik .

För att beskriva denna process, seniorförfattare Rebecca Schulman, en biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik vid universitetets Whiting School of Engineering, hänvisade till ett dödsföraktande stunt som visas i filmen "Man on Wire". Filmen skildrade Philippe Petits 1974 högtrådsvandring mellan World Trade Centers tvillingtorn.

Schulman påpekade att korsningen i verkligheten inte kunde ha genomförts utan en kritisk del av gammaldags ingenjörskonst:Petits dolda partner använde en pil och båge för att skicka tråden över avgrunden mellan tornen, så att den kan fästas vid varje struktur.

"En sådan bedrift var svår att göra på mänsklig skala, " Sa Schulman. "Kan vi be molekyler att göra samma sak? Kan vi få molekyler att bygga en "bro" mellan andra molekyler eller landmärken på befintliga strukturer? "

Tidningens huvudförfattare, Abdul Mohammed, en postdoktor i Schulmans labb, använde en annan analogi för att beskriva den molekylära brobyggande bedrift som de visade på nanoskala. "Om denna process skulle ske på mänsklig skala, " sade Mohammed, "Det skulle vara som att en person kastar en fiskelinje från ena sidan av en fotbollsplan och försöker kroka en person som står på andra sidan."

För att utföra denna uppgift, forskarna vände sig till DNA-nanorör. Dessa mikroskopiska byggstenar, bildas av korta sekvenser av syntetiskt DNA, har blivit populära material inom det framväxande nanoteknologiska byggområdet. Sekvenserna är särskilt användbara på grund av deras förmåga att sätta ihop sig själva till långa, rörliknande strukturer kända som DNA-nanorör.

I Johns Hopkins studie, dessa byggstenar fästade sig vid separata molekylära ankare, representerar var den anslutande bron skulle börja och sluta. Segmenten bildade två nanorörskedjor, var och en sträcker sig bort från sin ankarstolpe. Sedan, som spagetti i en kastrull med kokande vatten, de förlängande nanorörskedjorna slingrade sig omkring, utforska sin omgivning på ett slumpmässigt sätt. Så småningom, denna rörelse gjorde det möjligt för ändarna av de två separata nanorörssträngarna att komma i kontakt med varandra och snäppa ihop för att bilda en enda förbindande brospann.

För att lära dig mer om hur denna process går till, forskarna använde mikroskop för att se nanorören koppla till deras molekylära landmärken, som märktes med olikfärgade fluorescerande färgämnen och fästes på transparent glas. Lagets videoutrustning fångade också bildandet av nanorörspann, eftersom de två brosegmenten förlängdes och slutligen förenades. Färdigställandet av bron i nanoskala i det medföljande exemplet tog cirka sex timmar, men teamets videor snabbades upp avsevärt för att möjliggöra en snabbare granskning. Beroende på hur långt från varandra de molekylära ankarstolparna var placerade, anslutningsprocessen tog allt från flera timmar till två dagar.

Möjligheten att montera dessa broar, säger forskarna, föreslår ett nytt sätt att bygga medicinsk utrustning som använder ledningar, kanaler eller andra enheter som kan "ansluta" till molekyler på en cells yta. Sådana teknologier skulle kunna användas för att förstå nervcellskommunikation eller för att leverera behandlingar med oöverträffad precision. Molekylär brobyggande, forskarna sa, är också ett steg mot att bygga nätverksenheter och "städer" på nanoskala, gör det möjligt för nya komponenter i en maskin eller fabrik att kommunicera med varandra.