Biomedicinska ingenjörer har byggt enkla maskiner av DNA, bestående av matriser vars enheter växlar reversibelt mellan två olika former.

Arrays uppfinnare säger att de kan utnyttjas för att göra nanotekniska sensorer eller förstärkare. Potentiellt, de skulle kunna kombineras för att bilda logiska grindar, delar av en molekylär dator.

Arrays egenskaper är schemalagda för publicering online av Vetenskap .

DNA -maskinerna kan vidarebefordra diskreta bitar av information genom rymden eller förstärka en signal, säger seniorförfattaren Yonggang Ke, Doktorsexamen, en biträdande professor vid Wallace H. Coulter Institutionen för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech and Emory.

"Inom DNA-baserad databehandling, DNA:t innehåller informationen, men molekylerna flyter runt i lösning, "Säger Ke." Det nya här är att vi länkar ihop delarna i en fysisk maskin. "

Liknande, flera laboratorier har redan gjort nanotekniska maskiner som pincett och walkers av DNA. Ke säger att hans teams arbete med DNA -arrays belyser hur man bygger strukturer med mer komplexa, dynamiska beteenden.

Arraysnas strukturer ser ut som dragskåp i utdragbara säkerhetsportar. Att förlänga eller kontraktera en enhet driver enheter i närheten också att ändra form, fungerar som en domino kaskad vars brickor är anslutna.

Arraysenheterna får sin stabilitet från energin som uppnås när DNA -dubbla spiraler staplas upp. För att vara stabil, enheternas fyra segment kan anpassas som par sida vid sida i två olika riktningar. Genom att utelämna en DNA -sträng vid kanten av en array, ingenjörerna skapar en extern trigger. När den strängen läggs till, den klämmer ut kantenheten i ändrad form (se bild).

För att visualisera DNA -matriserna, ingenjörerna använde atomkraftsmikroskopi. De byggde rektangulära 11x4 och 11x7 matriser, lade till triggersträngar och kunde observera kaskaden föröka sig från hörnenheten till resten av gruppen.

Matrisernas kaskader kan stoppas eller återupptas på utvalda platser genom att designa brytpunkter i matriserna. Enheternas formomvandlingar moduleras av temperatur eller kemiska denaturanter.

Som referens, de rektangulära matriserna är cirka 50 nanometer breda och några hundra nanometer långa - något mindre än en HIV- eller influensavirus.

För att bygga DNA -arraystrukturer, ingenjörerna använde både origami (vikning av en lång "byggnads" tråd med hundratals "häftklamrar") och modulära tegelmetoder. Båda typerna av matriser monteras själv genom DNA-strängar som hittar sina kompletterande strängar i lösning. Origami -tillvägagångssättet ledde till mer stabila strukturer under förhållanden med förhöjd temperatur eller denatureringsmedel.

I Vetenskap papper, ingenjörerna visade att de kunde bygga rektanglar och rör av arrayenheter. De innehåller också en kuboid som har tre grundläggande konformationer, mer än de tvådimensionella arrayenheterna med två konformationer. Ke säger att hans team arbetar med större, mer komplexa maskiner med tredimensionella former, som kan göras med samma grundläggande designprinciper.