Johns Hopkins Universitys forskare arbetar på mikroskopiska rör som bara är en miljondel så breda som ett enda hårstrå, och forskare från Johns Hopkins University har utvecklat ett sätt att säkerställa att dessa minsta rör är säkra från de minsta läckor.

Läckagefria rör, gjorda av nanorör som självmonterar, självreparerar och kan ansluta sig till olika biostrukturer, är ett viktigt steg mot att skapa ett nanorörnätverk som en dag kan leverera specialiserade läkemedel, proteiner och molekyler till målceller i Människokroppen. De mycket exakta mätningarna beskrivs idag i Science Advances .

"Denna studie tyder mycket starkt på att det är möjligt att bygga nanorör som inte läcker med hjälp av dessa enkla tekniker för självmontering, där vi blandar molekyler i en lösning och bara låter dem bilda den struktur vi vill ha", säger Rebecca Schulman, en associerad partner. professor i kemi- och biomolekylär teknik som var med och ledde forskningen. "I vårt fall kan vi också fästa dessa rör till olika ändpunkter för att bilda något som rörsystem."

Teamet arbetade med rör som var ungefär sju nanometer i diameter - ungefär två miljoner gånger mindre än en myra - och flera mikrometer långa, eller ungefär lika långa som en dammpartikel.

Metoden bygger på en etablerad teknik som återanvänder bitar av DNA som byggstenar för att växa och reparera rören samtidigt som de gör det möjligt för dem att söka upp och ansluta till specifika strukturer.

Tidigare studier har designat liknande strukturer för att göra kortare strukturer som kallas nanoporer. Dessa design fokuserar på förmågan hos DNA-nanoporer att kontrollera transporten av molekyler över labbodlade lipidmembran som efterliknar en cells membran.

Men om nanorör är som rör, är nanoporer som korta rördelar som ensamma inte kan nå andra rör, tankar eller utrustning. Schulmans team är specialiserat på bioinspirerad nanoteknik för att ta itu med den här typen av problem.

"Att bygga ett långt rör från en por kan tillåta molekyler att inte bara passera poren i ett membran som höll molekylerna inuti en kammare eller cell, utan också att styra vart dessa molekyler går efter att ha lämnat cellen," sa Schulman. "Vi kunde bygga rör som sträckte sig från porer mycket längre än de som hade byggts innan som kunde föra transporten av molekyler längs nanorörs "motorvägar" nära verkligheten."

Nanorören bildas med hjälp av DNA-strängar som vävs mellan olika dubbla helixar. Deras strukturer har små luckor som kinesiska fingerfällor. På grund av de extremt små dimensionerna hade forskare inte kunnat testa om rören kunde transportera molekyler längre sträckor utan att läcka eller om molekyler kunde glida genom deras väggluckor.

Yi Li, doktorand från Johns Hopkins avdelning för kemisk och biomolekylär ingenjörsteknik som var med och ledde studien, utförde nano-ekvivalenten med att täcka änden av ett rör och sätta på en kran för att se till att inget vatten läcker ut. Yi täckte ändarna av rören med speciella DNA-"korkar" och körde en lösning av fluorescerande molekyler genom dem för att spåra läckor och inflödeshastigheter.

Genom att exakt mäta formen på rören, hur deras biomolekyler kopplade till specifika nanoporer och hur snabbt den fluorescerande lösningen flödade, visade teamet hur rören flyttade molekyler till små, labbodlade säckar som liknar en cells membran. De glödande molekylerna gled igenom som vatten nerför en ränna.

"Nu kan vi kalla detta mer av ett VVS-system, eftersom vi styr flödet av vissa material eller molekyler över mycket längre avstånd med hjälp av dessa kanaler," sa Li. "Vi kan kontrollera när vi ska stoppa detta flöde med hjälp av en annan DNA-struktur som mycket specifikt binder till dessa kanaler för att stoppa denna transport, som fungerar som en ventil eller en plugg."

DNA-nanorör kan hjälpa forskare att få en bättre förståelse för hur neuroner interagerar med varandra. Forskare kan också använda dem för att studera sjukdomar som cancer och funktionerna hos kroppens mer än 200 typer av celler.

Därefter kommer teamet att genomföra ytterligare studier med syntetiska och verkliga celler, såväl som med olika typer av molekyler.

Författare inkluderade Johns Hopkins professor i fysik och astronomi Brice Ménard, och Himanshu Joshi och Aleksei Aksimentiev från University of Illinois Urbana-Champaign. + Utforska vidare

Små rör kommer i stora förpackningar