오픈 소스 소프트웨어를 통해 연구원은 DNA에서 나노 크기의 둥근 물체를 만들 수 있습니다.

24 년 2022 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 듀크 대학과 애리조나 주립 대학의 연구실에서 나오는 작은 나노스케일 구조에 감탄하고 세계에서 가장 작은 도자기 카탈로그를 탐색하고 있다고 상상하기 쉽습니다. 새로운 종이는 러시아 둥지 인형을 위한 가정용품처럼 다른 하나 안에 숨겨진 작은 꽃병, 그릇, 속이 빈 구체 등 팀의 창작물 중 일부를 보여줍니다. 그러나 나무나 점토로 만드는 대신, 연구원들은 나노미터 정밀도로 복잡한 XNUMX차원 물체로 구부리고 접힌 DNA의 실 같은 분자로 이 물체를 설계했습니다. 바이러스보다 크지 않은 각각의 나노 구조는 연구원들이 동심원 DNA 고리에서 개체를 설계할 수 있도록 하는 소프트웨어를 사용하여 제작되었습니다. 모형(위)과 실물의 전자현미경 이미지(아래). (이미지: Arizona State University) 이러한 창작물은 Duke 박사가 개발한 새로운 오픈 소스 소프트웨어 프로그램의 가능성을 보여줍니다. 그의 고문 John Reif와 학생 Dan Fu. 저널에 설명 과학의 발전 ("래스터화되지 않은 3D 곡률을 사용한 2D DNA 종이접기의 자동화된 디자인"), 이 소프트웨어를 사용하면 사용자가 둥근 모양의 그림이나 디지털 모델을 가져와 DNA로 만든 3D 구조로 변환할 수 있습니다. DNA 나노구조는 애리조나 주립대학의 Hao Yan 교수 연구실에서 공저자인 Raghu Pradeep Narayanan과 Abhay Prasad에 의해 조립되고 이미지화되었습니다. 각각의 작은 속이 빈 물체는 지름이 50,000만분의 1980인치를 넘지 않습니다. 3개 이상이 핀 머리에 들어갈 수 있습니다. 그러나 연구자들은 이것들이 단순한 나노조각 이상이라고 말한다. 이 소프트웨어를 통해 연구원들은 약물을 전달하기 위한 작은 용기나 태양 전지, 의료 영상 및 기타 응용 분야를 위한 특정 모양의 금속 나노입자를 주조하기 위한 금형을 만들 수 있습니다. 대부분의 사람들에게 DNA는 생명의 청사진입니다. 펭귄에서 포플러 나무에 이르기까지 모든 생명체에 대한 유전 정보. 그러나 Reif's 및 Yan's와 같은 팀에게 DNA는 유전 정보의 전달자 이상입니다. 즉, 소스 코드 및 구성 재료입니다. DNA의 유전 암호에는 XNUMX개의 "문자" 또는 염기가 있으며, 이는 DNA 사다리의 가로대를 형성하기 위해 우리 세포에서 예측 가능한 방식으로 쌍을 이룹니다. 연구원들이 선택한 것은 A와 T, C와 G와 같은 DNA의 엄격한 염기쌍 특성입니다. 특정 서열을 가진 DNA 가닥을 설계함으로써 그들은 가닥을 "프로그램"하여 서로 다른 모양으로 함께 엮을 수 있습니다. 이 방법은 긴 가닥의 상보적인 서열에 결합하고 제자리에 "스테이플"하는 수백 개의 짧은 DNA 가닥의 도움을 받아 수천 개의 염기 길이인 단일 가닥 DNA의 하나 또는 몇 개의 긴 조각을 접는 것을 포함합니다. 연구원들은 XNUMX년대부터 DNA를 건축 자재로 실험해 왔습니다. 최초의 XNUMXD 모양은 단순한 입방체, 피라미드, 축구공으로 표면이 거칠고 고르지 않은 기하학적 모양이었습니다. 그러나 자연에서 발견되는 것과 유사한 곡면을 가진 구조를 설계하는 것은 까다로웠습니다. 팀의 목표는 이 방법으로 가능한 모양의 범위를 확장하는 것입니다. 이를 위해 Fu는 개발했습니다. DNAxiS라는 소프트웨어. 이 소프트웨어는 Yan이 2011년에 설명한 DNA로 빌드하는 방법에 의존합니다(과학, “XNUMX차원 공간에서 복잡한 곡률을 가진 DNA 종이접기”), 그는 20년 전 Duke에서 Reif의 박사후 연구원으로 근무한 후 Arizona State의 교수진에 합류했습니다. 그것은 마치 항아리를 만들기 위해 찰흙 코일을 사용하는 것과 같이 개체의 윤곽을 형성하기 위해 서로 쌓이는 동심원 고리로 긴 DNA 이중 나선을 감는 방식으로 작동합니다. 구조를 더 강하게 만들기 위해 팀은 안정성을 높이기 위해 추가 레이어로 구조를 강화할 수 있도록 했습니다. Fu는 원뿔, 조롱박, 클로버 잎 모양 등 다양한 형태를 만들 수 있음을 보여줍니다. DNAxiS는 짧은 DNA "스테이플"을 배치하여 더 긴 DNA 고리를 결합하고 모양을 제자리에 고정할 위치를 결정하는 알고리즘을 사용하여 사용자가 이러한 모양을 자동으로 디자인할 수 있는 최초의 소프트웨어 도구입니다. "너무 적거나 잘못된 위치에 있으면 구조가 올바르게 형성되지 않습니다."라고 Fu는 말했습니다. "우리 소프트웨어 이전에는 모양의 곡률로 인해 이 문제가 특히 어려웠습니다." 예를 들어 버섯 모양의 모델이 주어지면 컴퓨터는 올바른 구성으로 자가 조립할 DNA 가닥 목록을 내보냅니다. 가닥이 합성되고 테스트 튜브에서 혼합되면 나머지는 자체적으로 처리됩니다. DNA 혼합물을 가열 및 냉각함으로써 12시간 이내에 "DNA 나노 구조로 마술처럼 접힙니다."라고 Reif는 말했습니다. 연구실이나 클리닉에서 그들의 DNA 디자인 소프트웨어를 실용적으로 적용하려면 아직 몇 년이 더 걸릴 수 있다고 연구원들은 말했습니다. 그러나 "이것은 새로운 XNUMX차원 구조의 자동화된 설계 측면에서 큰 진전입니다."라고 Reif는 말했습니다.

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• 출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62079.php