Ученые из Университета Дьюка и Университета штата Аризона разработали компьютерную программу DNAxiS, создающую из молекул ДНК крошечные трехмерные вазы и чаши. Эти результаты демонстрируют возможности нового программного обеспечения с открытым исходным кодом, которое поможет формировать 3D-структуры гораздо быстрее, чем это удавалось делать специалистам вручную, на что уходили годы. Выводы работы опубликованы в журнале Science Advances.
Уточняется, что разработка позволяет превращать рисунки или цифровые модели в объемные структуры из нитевидных молекул ДНК, например нановазы, чаши, полые сферы и другие более сложные фигуры, интегрированные одна в другую. Каждый объект имеет не более 0,0000051 сантиметра в поперечном сечении. Это означает, что около 50 тысяч таких форм может разместиться на булавочной головке.
Исследователям и ранее удавалось использовать ДНК в качестве строительного материала. Первыми 3D-формами были простые кубы, пирамиды, футбольные мячи, такие фигуры, которые имеют ровные поверхности и могут создаваться по блочному принципу. Однако возникали проблемы со структурами, имеющими изогнутые линии, более распространенные в природе. Преодолеть их получилось с помощью DNAxiS, автоматически наматывающей длинную двойную спираль ДНК в кольца, которые затем накладываются друг на друга, формируя контуры объекта. Чтобы сделать структуры более прочными, команда решила их укрепить дополнительными слоями.
Например, при модели грибовидной формы компьютер выдает список нитей ДНК, которые будут самособираться в нужную конфигурацию. Ученые загружают синтезированную основу в специальный отсек, а затем устройство, нагревая и охлаждая смесь, за 12 часов создает необходимые наноструктуры. На практике это поможет создавать крошечные капсулы для доставки лекарств или формы для литья металлических частиц определенной формы для солнечных батарей, медицинской визуализации.