Wat ‘kunstjes’ van een DNA-schakelaar (afb: Friedrich Simmel et al./Science Robotics)
De ontwikkeling van programmeerbare moleculaire machines (molmachines) komt steeds dichterbij. Onderzoekers van de technische universiteit München (TUM) zouden er in geslaagd zijn om een betrouwbare en stabiele DNA-schakelaar te ontwikkelen. Deze kan elektrisch worden aangestuurd om moleculaire functies te regelen. De nanoschakelaar bleef functioneel gedurende honderdduizenden schakelcycli.
De schakelaar bestaat uit DNA-origami, oftewel DNA-strengen die tot minuscule componenten kunnen worden gevouwen. De onderzoekers ontwikkelden een schakelaar met twee stabiele posities. Een korte elektrische puls is voldoende om de structuur binnen milliseconden van de ene naar de andere positie te verplaatsen. Daarna blijft de schakelaar in de nieuwe positie zonder verdere energietoevoer.
Dat zou een belangrijke stap zijn in de ontwikkeling van molmachines, stelt het TUM-persbericht. Dergelijke systemen moeten niet alleen nauwkeurig geschakeld kunnen worden, maar ook langdurig (zie verderop deze alinea; as) betrouwbaar functioneren. Bij metingen bleven individuele componenten urenlang (duurzaam? as) stabiel, bereikten ze meer dan 200 000 schakelcycli en vertoonden ze in een proefopstelling zelfs na ongeveer een miljoen activeringen nog steeds gedegen schakelgedrag.
“Met ons ontwerp hebben we kunnen aantonen dat een op DNA gebaseerde schakelaar niet alleen snel en nauwkeurig kan worden aangestuurd, maar ook uitzonderlijk duurzaam is”, zegt Friedrich Simmel, hoogleraar fysica van synthetische biosystemen aan de TUM. “Dit maakt het realistischer om in de toekomst op DNA gebaseerde componenten te gebruiken als functionele elementen van molmachines.”
Simmel c.s. zouden al twee toepassingen met succes hebben uitgeprobeerd. In één opstelling koppelden ze de schakelaar aan gouden nanostaafjes. Hierdoor kon een optisch signaal aan- en uitgeschakeld worden, afhankelijk van de positie van de schakelaar. In een tweede proef gebruikten ze de schakelaar om afwisselend een bindingsplaats voor andere DNA-strengen te activeren of af te dekken. Dit stelde hen in staat de snelheid van dit bindingsproces te sturen.
Basis
Dit zou een basis zijn voor systematisch onderzoek naar de duurzaamheid, slijtage en mogelijke defecten van molschakelaars. “In de toekomst zouden dergelijke elektrisch aanstuurbare DNA-systemen interessant kunnen zijn voor moleculaire informatieverwerking, optische nanocomponenten en de gerichte aansturing van chemische reacties, naast andere toepassingen”, zegt medeonderzoeker Florian Rothfischer.
Bron: idw-online.de