Australische Forscher haben Bausteine aus DNA hergestellt, um eine Vielzahl nanoskaliger Objekte und Formen zu konstruieren, von einem Stab und einem Quadrat bis hin zu einem unendlich kleinen Dinosaurier.
Der Ansatz verwandelt DNA in ein modulares Material für den Aufbau von Nanostrukturen – tausende Male schmaler als ein menschliches Haar. Entwickelt von Forschern des University of Sydney Nano Institute und veröffentlicht in der Zeitschrift Science RoboticsEs schlägt spannende Möglichkeiten für den zukünftigen Einsatz der Nanobot-Technologie vor.
Als Proof-of-Concept haben die Autoren mehr als 50 kleine Figuren angefertigt, um ihre Präzision zu testen und ihre Kreativität auszudrücken. Dazu gehörten ein Drache, ein Dinosaurier und eine winzige Karte von Australien mit einer Breite von nur 150 Nanometern. (Ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter.)
Der Wissenschaftler der Universität Sydney, Dr. Shelley Wickham, Co-Autorin des Artikels und Leiterin des Forschungsteams, sagte, der Dinosaurier sei ihr Favorit, weil er sowohl kompakte als auch flexible Teile habe und „nicht etwas sei, das man zufällig zusammenbauen könne“.
Der Direktor der Mikronano-Forschungseinrichtung des RMIT, Prof. Arnan Mitchell, der nicht an der Arbeit beteiligt war, stellte fest, dass der Ansatz auf der Verwendung von DNA als mechanischem Objekt und nicht als Chemikalie beruhte. Das sei interessant, sagte er, weil Strukturen aus DNA potenziell klein genug seien, um für die Medikamentenabgabe verwendet zu werden.
DNA könnte um ein Medikament gewickelt werden, um es für die Abgabe an einen bestimmten Teil des Körpers zu schützen, sagte er. „Führen Sie es dorthin, wo es hin muss, und verwenden Sie dann Licht, Wärme oder etwas anderes, damit es sich entfaltet und die Substanz freisetzt.“
Mit zunehmender Komplexität und größerer Kontrolle könnte der Ansatz der Forscher laut Wickham dazu genutzt werden, Komponenten für Roboterboxen herzustellen, die gezielt Medikamente verabreichen können, oder für die Entwicklung intelligenter Materialien, die auf die Umgebung reagieren könnten.
„Diese Arbeit ermöglicht es uns, uns eine Welt vorzustellen, in der Nanobots ein breites Spektrum an Aufgaben übernehmen können, von der Behandlung des menschlichen Körpers bis zum Bau futuristischer elektronischer Geräte.“
Wickham erläuterte den Prozess. Der erste Schritt bestand darin, die 3D-Bausteine, sogenannte „Voxel“, herzustellen, sagte sie. DNA, die aus einem Bakteriophagen genannten Virustyp extrahiert wurde, wurde mithilfe eines Prozesses namens DNA-Origami in eine zylindrische Form „gefaltet“ und mit synthetischer DNA (hergestellt von Chemikern) zusammengehalten.
Voxel entstanden durch Selbstorganisation, erklärte Wickham, und stützten sich dabei auf sorgfältig sequenzierte DNA, die sich an vorbestimmten Stellen zusammenfügt, ähnlich wie Klettverschluss oder Spezialkleber.
„Wir werfen 300 dieser Klammern ein, die alle eine einzigartige DNA-Sequenz haben – wie ein einzigartiger Kleber – und sie finden verschiedene Teile des Gerüsts und nähen es zusammen“, sagte sie.
Zusätzliche DNA-Stränge, die an der Außenseite der Voxel angebracht waren, dienten als programmierbare Bindungsstellen. Diese könnten verwendet werden, um Voxel miteinander zu verbinden und so komplexere Formen und modulare Objekte zu konstruieren, die unter einem Elektronenmikroskop sichtbar wären.
„Die Ergebnisse ähneln in etwa der Verwendung von Meccano, technischem Kinderspielzeug“, sagte Wickham. „Als Experimentatoren haben wir viel Zeit damit verbracht, diese am Computer zu entwerfen. Und dann nehmen wir die DNA und mischen sie zusammen, und sie setzt sich von selbst zusammen.“
