Kohti nanokoneita – tutkijat onnistuivat hallitsemaan DNA-rakennetta valon avulla
Valo sulkee ja avaa rakenteen ja säätelee myös liikkeen voimakkuutta. Menetelmän yksinkertaisuus on suuri etu sovelluksien kehittämisessä, esimerkiksi lääketieteessä.
Nano- eli molekyylikone on keinotekoinen, yhden molekyylin muodostama itsejärjestäytynyt laite, joka ohjaa itse toimintaansa eli muodostaa itsekseen toimivia järjestelmiä. Tämä ominaisuus voisi olla merkittävä pehmeän robotiikan sovelluksissa. Esimerkiksi lääketieteessä nanokone voi auttaa viemään ja vapauttamaan syöpälääkkeitä juuri oikeassa paikassa kehoa.
Käytännön sovelluksiin on vielä pitkä matka, sillä tutkijat eivät ole pystyneet hallitsemaan nanokoneita riittävästi esimerkiksi komentojen avulla. Nyt Aalto-yliopiston ja israelilaisen Weizmann-instituutin tutkijat ovat kuitenkin onnistuneet luomaan synteettisen DNA-taitosrakenteen, joka avautuu ja sulkeutuu helposti hallittavalla tavalla. Hallittu laskostaminen on tärkeä askel matkalla kohti molekyylikoneiden valmistamista.
Tutkijat keskittyivät DNA-origamiin, joka on erityinen menetelmä DNA-nanorakenteiden luomiseen. Se kantaa geneettistä koodia ja kykenee kiertymään, laskostumaan ja omaksumaan monia eri muotoja.
”Nanotaitokset ovat liuoksessa, joka muuttuu happamammaksi valon loisteessa. Kun happamuus lisääntyy, taitoksiin muodostuu kemiallisia sidoksia, jotka liittävät niiden päät yhteen ja vetävät taitoksen kiinni. Kun valo sammutetaan, happamuus pienenee saaden päiden väliset sidokset rikkoontumaan, ja taitos avautuu jälleen”, kertoo Aallon tohtorikoulutettava Joonas Ryssy.
Tutkijat ympäri maailmaa ovat aiemminkin yrittäneet hallita DNA-rakenteita valolla, mutta valon kanssa reagoivan liuoksen yhdistäminen hapon kanssa reagoiviin DNA-makromolekyyleihin on poikkeuksellista. Valon käyttäminen DNA-origamin valmistamisessa on houkuttelevaa, koska sitä on helppo hallita myös etäältä. Tällöin järjestelmään ei kosketa fyysisesti, vaan siihen voidaan vaikuttaa esimerkiksi toisesta huoneesta käsin.
”Voimme hallita liikkeen voimakkuutta taitokseen kohdistetun valon määrällä. Jos emme halua sulkea liitosta kokonaan, emme kohdista siihen liikaa valoa. Valon ja samalla taitoksen hallittu, asteittainen säätely erottaa nanorakenteen muista”, kertoo Aalto-yliopiston professori Anton Kuzyk.
Sen lisäksi, että menetelmällä voidaan hallita taitoksen astetta, koe voidaan myös toistaa. Jos valo palautetaan, DNA-nanorakenne laskostuu uudelleen.
”Muissa samankaltaisissa valoon reagoivissa nanorakenteissa tarvitaan yksi valonlähde liitoksen sulkemiseen ja toinen valonlähde sen avaamiseen. Meidän järjestelmämme tarvitsee vain yhden valonlähteen, minkä ansiosta se voi olla käyttökelpoisempi tulevaisuuden sovelluksissa”, kertoo professori Rafal Klajn Weizmann-instituutista.
Artikkeli on hyväksytty julkaistavaksi Angewandte Chemie -lehdessä.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Anton Kuzyk (englanniksi)
Professori
Aalto-yliopisto
anton.kuzyk@aalto.fi
Joonas Ryssy
Tohtorikoulutettava
Aalto-yliopisto
joonas.ryssy@aalto.fi
puh. 0400 664 985
Kuvat
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopisto. Kohti parempaa maailmaa. Aalto-yliopisto on rohkeiden ajattelijoiden yhteisö, jossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Tunnistamme ja ratkaisemme yhteiskunnan suuria haasteita ja rakennamme innovatiivista tulevaisuutta. Yliopistossa on kuusi korkeakoulua, 12 000 opiskelijaa ja 400 professoria. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Vettä hylkivä panssaripinnoite voi pian tehostaa aurinkopaneeleja ja tuoda suksiin lisäluistoa14.1.2021 08:47:21 EET | Tiedote
Kesäkuussa Aalto-yliopiston tutkijat kertoivat kehittämästään pinnoitteesta Nature-lehdessä. Nyt pinnoitteesta aletaan kehittää lukuisia kaupallisia sovelluksia muun muassa rakennus- ja elektroniikkateollisuuden kanssa.
Tutkijat kehittävät tietokonepeliä masennuksen hoitoon13.1.2021 08:24:17 EET | Tiedote
Terapeuttisen toimintavideopelin pelaaminen voi helpottaa masennuspotilaiden oireita ja parantaa heidän kognitiivista toimintakykyään.
Tutkijat kehittivät tuhkasta ja kompostista metsien täsmälannoitteen12.1.2021 08:54:33 EET | Tiedote
Putretiksi nimetty lannoite sisältää fosforia, kaliumia, hiiltä ja hitaasti vapautuvaa typpeä, jotka edistävät puiden kasvua. Sen valmistus kuluttaa selvästi vähemmän energiaa kuin keinolannoitteiden ja vähentää myös louhimisen tarvetta.
Askel kohti lähes rajatonta laskentatehoa – tutkijat loivat kvanttilomittumista lämmön avulla8.1.2021 15:01:49 EET | Tiedote
Helppo ja hallittava kvanttilomittuminen lisää kokonaislaskentakapasiteettia ja mahdollistaa muun muassa kvanttisalauksen eli turvallisen tiedonsiirron suurillakin etäisyyksillä
Miten motivoida ihmiset noudattamaan rajoituksia vapaaehtoisesti? – 13 ohjetta tehokkaaseen koronaviestintään22.12.2020 09:24:05 EET | Tiedote
Oikea viestintätyyli vaikuttaa ratkaisevasti siihen, kuinka hyvin ihmiset noudattavat suosituksia ja sääntöjä. Päättäjien ja asiantuntijoiden kannattaa kansalaisille suunnatussa koronaviestinnässään tukea ihmisten autonomiaa, kyvykkyyttä ja yhteisöllisyyttä, sanovat 13 ohjeen listan laatineet tutkijat.
Tutkijat löysivät uuden vaihtoehdon kubittien rakennusaineeksi – elektroneja huijaamalla16.12.2020 18:04:53 EET | Tiedote
Tutkijat loivat uuden materiaalin yhdistämällä hyvin ohuen kerroksen suprajohtavaa ja magneettista materiaalia.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme