En konceptuell illustration av DNA-nanoplattor-baserade mikrokapslar. Kredit:Masahiro Takinoue från Tokyo Institute of Technology
En forskargrupp som leds av Tokyo Tech rapporterar ett sätt att konstruera DNA-baserade mikrokapslar som har stora löften för utvecklingen av nya funktionella material och enheter (figur 1). De visade att små porer på ytan av dessa kapslar kan fungera som jonkanaler. Deras studie kommer att påskynda framstegen inom konstgjord cellteknik och molekylär robotik, liksom själva nanotekniken.
DNA-baserad, självmonterade nanostrukturer är lovande byggstenar för nya typer av mikro- och nanoenheter för biomedicinska och miljömässiga tillämpningar. Mycket forskning är för närvarande inriktat på att lägga till funktionalitet till sådana strukturer för att utöka deras mångsidighet.
Till exempel, Konstruerade kapslar kallade liposomer som har ett lipid-dubbelskiktsmembran används redan framgångsrikt som sensorer, diagnostiska verktyg och läkemedelstillförselsystem. En annan grupp kapslar som inte har ett lipiddubbelskikt men istället består av kolloidalt partikelmembran, känd som Pickering-emulsion eller kolloidosomer, har också potential för många biotekniskt användbara tillämpningar.
Nu, en forskargrupp som leds av biofysikern Masahiro Takinoue från Tokyo Institute of Technology rapporterar om en ny typ av Pickering -emulsion med extra funktionalitet hos jonkanaler - en prestation som öppnar nya vägar för att designa artificiella celler och molekylära robotar.
"För första gången, vi har visat jonkanalfunktion med porerade DNA-nanostrukturer utan närvaro av ett lipid-dubbelskiktsmembran, säger Takinoue.
Representation av DNA-nanoplattor-baserade mikrokapslar:(a) Två typer av DNA-nanoplattor (icke-porerade och porerade) konstruerades och modifierades för att ge hydrofobicitet till en sida av nanoplattorna. De resulterande amfifila DNA-nanoplattorna monteras själv vid gränsytan mellan olja och vatten för att bilda emulsionsdroppar, eller mikrokapslar, även utan något stödjande membran såsom lipidmembran. (b) Nanoporerna visades framgångsrikt i denna studie fungera som jonkanaler mellan två mikrokapslar. Upphovsman:Tokyo Institute of Technology
Teamets design utnyttjar de självmonterande egenskaperna hos DNA-origami nanoplattor. De resulterande Pickering-emulsionerna stabiliseras av nanoplattornas amfifila natur. (Se figur 2.)
En av de mest spännande konsekvenserna av studien, Takinoue förklarar, är att det kommer att vara möjligt att utveckla stimuli-responsiva system-sådana som är baserade på konceptet öppen-stäng-växling. Sådana system skulle så småningom kunna användas för att utveckla artificiella neurala nätverk som efterliknar hur den mänskliga hjärnan fungerar.
"Dessutom, en stimuli-responsiv formförändring av DNA-nanoplattorna kan fungera som en drivkraft för autonom rörelse, vilket skulle vara användbart för utvecklingen av molekylära robotar, " säger Takinoue.
Den föreliggande studien belyser teamets styrkor i att kombinera DNA-nanoteknik med ett perspektiv grundat i biofysik och mjukmateriafysik.
