Kağıt katlamadan DNA makinelerine
Origami bizim için yeni bir şey değil. Origami, farklı komik şekiller oluşturmak için düz bir kağıt yaprağını katlama ve şekillendirme sanatına atıfta bulunur. 'Origami' kelimesi Japonca bizim (katlamak) ve kami (kağıt) kelimelerinin bir karışımıdır . Origami, temelde eski bir Japon kültürü olan kağıt katlama sanatıdır. Bununla birlikte, modern kullanımda, origami kelimesi, köken kültürlerine bakılmaksızın tüm katlama uygulamaları için kapsayıcı bir terim olarak kullanılmaktadır. Origami klasörleri genellikle Japonca 'kirigami' ( kirimas) kelimesini kullanır.- kesmek) kesimleri kullanan tasarımlara atıfta bulunmak için, ancak kesim daha çok Çin kağıt el sanatlarının özelliğidir. En klasik origami modeli muhtemelen Japon kağıt turnadır ve kanatlarının Japon kültüründe ruhları cennete taşıdığına inanılır. Genellikle tören sarmalayıcısı veya restoran masası dekorasyonu olarak kullanılır. Akira Yoshizawa, Japon ana kağıt klasörü, modern origami'nin babası olarak geniş çapta beğeni topluyor.
İlginçtir ki, kağıt katlama sanatı artık komik kağıt şekilleri yapmakla sınırlı değil; daha ziyade bu kavram, DNA origami adı verilen DNA iplikçikleri ile çeşitli faydalı desenler ve yapılar yapımında kullanılmaktadır. Kağıt-origamiye kıyasla kat sayısı genellikle daha azdır, ancak karmaşık tasarımlar yapmak için çeşitli şekillerde birleştirilebilirler.
DNA'yı bir yapı malzemesi olarak kullanma fikri ilk olarak 1980'lerin başında New York Üniversitesi'nde (NYU) DNA Nanoteknolojisi profesörü olan Nadrian Seeman tarafından ortaya atıldı ve alan 2000'lerin ortalarında yaygın ilgi görmeye başladı. MC Escher'in gravür Derinliği'nden ilham alındıŞekil olarak altı kollu DNA bağlantılarına oldukça benzeyen Ned, DNA'dan bir 3B kafesin yapılabileceğini fark etti. Bu hedefin peşinde, Seeman'ın laboratuvarı 1991'de DNA'dan yapılmış bir küp olan ilk üç boyutlu nano ölçekli nesnenin sentezini yayınladı. İlk DNA nanomakinesi (bir girdiye yanıt olarak yapısını değiştiren bir cihaz) aynı zamanda 2006'da, California Teknoloji Enstitüsü'nde (Caltech) Rothemund, ilk olarak keyfi şekillerde katlanmış DNA yapıları oluşturmak için DNA origami yöntemini gösterdi.
DNA'nın 1953'te Watson & Crick tarafından keşfedilen bir çift sarmal olduğu çok iyi bilinmektedir. DNA, moleküler makineler inşa etmek için yararlı olan, kolayca programlanabilen bir malzemedir. Genetik alfabeler (A, T, G, C) olarak adlandırdığımız karşıt dizilerinin bileşenleri, birbirlerini tamamlayıcıdır ve sarmal bir merdivene oldukça benzer katı bir çift sarmal mimari oluşturmak üzere birbirine bağlanmalarını sağlar.
Nanoteknoloji genellikle 100 nanometrenin altında bir ölçekte özelliklere sahip malzeme ve cihazların incelenmesi olarak tanımlanır. Nano, 1 X 10 -9 anlamına geliryani her şeyin milyarda biri. Bir nanometre (1 nm), metrenin milyarda birine eşittir. DNA molekülü nanoteknolojide kullanım için çekici özelliklere sahiptir: yaklaşık 2 nm çapında küçük boyutu, yaklaşık 3.5 nm'lik kısa yapısal tekrarı ve yaklaşık 50 nm kalıcılık uzunluğu ile "sertliği". Yüksek derecede özelleştirme ve uzamsal adreslenebilirlik nedeniyle DNA origami, algılayabilen, hesaplayabilen ve harekete geçirebilen nano ölçekli yapıları ve cihazları tasarlamak için çok yönlü bir platform sağlar. DNA nanoteknolojisi, teknolojik kullanımlar için yapay DNA yapılarının tasarımı ve üretimidir. Bu alanda DNA'lar, canlı hücrelerde genetik bilginin taşıyıcıları olarak değil, biyolojik olmayan mühendislik malzemeleri olarak kullanılmaktadır. Yüksek düzeyde programlanabilirliği, güvenilir baz eşleştirme özgüllüğü nedeniyle, yüksek fizikokimyasal stabilite ve kolayca otomatikleştirilmiş sentez, DNA, özelleştirilmiş yapılar yapmak için uygun bir adaydır. Alandaki araştırmacılar, 2D ve 3D kristal kafesler, nanotüpler, rastgele şekillerin dallı bağlantıları ve moleküler makineler, DNA bilgisayarları, nanorobotlar ve çok daha fazlası gibi işlevsel cihazlar gibi kararlı yapılar yarattılar!
DNA makinesi, DNA ipliklerinden yapılmış moleküler bir makinedir. Çift sarmalın DNA montajı, iplik bölümlerinin sıralarına göre bağlanmasına izin veren katı baz eşleştirme kurallarına dayandığından. Bu "seçici yapışkanlık", DNA makinelerinin yapımında önemli bir avantajdır. 2000 yılında, Bernard Yurke ve çalışma arkadaşları, DNA'dan moleküler cımbız yapımını bildirdiler. DNA cımbızları üç iplik içerir: A, B ve C iplikçikleri burada A ipliği B ipliğinin yarısına ve C ipliğinin yarısına bağlanır. A ipliği bir menteşe görevi görür, böylece iki "kol" - AB ve AC - hareket edebilir. 2016 Nobel Kimya Ödülü, kimyasal sentez için moleküler makinelerin tasarımı ve sentezi için Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart ve Bernard L. Feringa'ya verildi.
DNA yürüteç, bir DNA "izi" boyunca hareket edebilen başka bir tür nanomakinedir. DNA yürüteç kavramı ilk olarak 2003 yılında John H. Reif tarafından tanımlanmış ve adlandırılmıştır. DNA yürüteçlerinin nanotıptan nanorobotiklere kadar uzanan potansiyel uygulamaları vardır. 2015 yılının sonlarında Yehl ve ark. Sudaki ağır metal kontaminasyonunu tespit edebilen düşük maliyetli, düşük teknolojili bir teşhis makinesi ile hızını artırarak DNA yürüteç fonksiyonunu iyileştirdi. 2018 yılında Nils Walter ve ekibi, dakikada 300 nm hızla hareket edebilen bir DNA yürüteç tasarladı.
Nanotıp, hastalıkların önlenmesi ve tedavisi için nanoteknolojinin bilgi ve araçlarını uygulayan bir tıp dalıdır. Biyouyumlu nanoparçacıklar ve nanorobotlar gibi nano ölçekli malzemelerin canlı organizmalarda teşhis, iletim veya algılama amaçları için kullanılmasını içerir. Nanotıpta DNA yapılarının, hedeflenen ilaç dağıtımı için olduğu kadar teşhis uygulamaları için de "akıllı ilaçlar" yapma yeteneğinden yararlanan çok sayıda uygulaması vardır. Böyle bir sistem, hücre ölümünü indükleyebilen proteinler içeren içi boş bir DNA kutusu kullanır, bu sadece kanser hücresinin yakınındayken açılır. Oxford Üniversitesi'ndeki bilim adamları, dört kısa sentetik DNA kolunun, hücrelere girebilen ve hayatta kalabilen bir tetrahedron oluşturan bir kafeste kendiliğinden birleştiğini bildirdi. doksorubisin, iyi bilinen bir anti-kanser ilacı tetrahedrona yüklendi ve bir meme kanseri hücresi kategorisi olan MCF-7'ye enjekte edildi. Deneyin sonuçları, Doksorubisinin kanser hücrelerini verimli bir şekilde öldürebildiğini gösterdi.
DNA bilgisayarı, verileri elektronik bir bilgisayara benzer şekilde işleyebilen ve elektronik mikroişlemcilerden önemli ölçüde daha az enerji maliyetiyle karmaşık sorunları çözme ve daha fazla miktarda bilgi depolama potansiyeline sahip bir DNA dizileri topluluğudur. DNA-tabanlı hesaplama, Leonard Adleman'ın 1994'teki dönüm noktası raporundan, "gezgin satıcı" probleminin bir çeşidi olan "Hamilton yolu" problemini çözmek için DNA'yı kullandığı rapora dayanmaktadır. Buradaki fikir, eksik bir dizi mevcut yol göz önüne alındığında, iki şehir arasında bir yol olup olmadığını belirlemektir. Adleman, şehirleri ve yolları temsil etmek için DNA dizileri kullandı ve dizileri kodladı, böylece bir yolu temsil eden bir dizi (baz eşleştirme kurallarına göre) bir şehri temsil eden herhangi iki diziye bağlanacaktı. Telleri karıştırarak,
Son kırk yılda, DNA nanoteknolojisi alanındaki araştırmacılar, DNA'nın sadece hücrelerdeki genetik bir materyal olmadığını, bunun yerine nanometre hassasiyetinde faydalı nesneler yaratmak için güçlü bir yapı malzemesi olduğunu başarılı bir şekilde gösterdiler. DNA origami teknikleri, nanobilim araştırmalarına yardımcı olan yüksek adreslenebilirlik ile özel yapılar tasarlama yeteneğine sahiptir. İnsan sağlığı, malzeme üretimi, elektronik ve ötesinde daha yaygın gerçek yaşam uygulamalarını görürsek heyecan verici olacaktır.