DNA, portatore di informazioni genetiche, si è affermato come materiale da costruzione estremamente utile nella nanotecnologia. Un requisito in molte applicazioni è il controllo, assemblaggio commutabile di nanostrutture. Nel diario Angewandte Chemie , gli scienziati hanno ora introdotto una nuova strategia per il controllo attraverso l'alterazione del valore del pH. È a base di etilendiammina, che supporta solo l'assemblaggio dei componenti del DNA in un ambiente da neutro ad acido, indipendente dalle sequenze di basi e senza ioni metallici.
Un insieme di brevi filamenti singoli di DNA può essere intrecciato in una tessera che si aggrega ulteriormente in una ricca gamma di geometrie attraverso auto-diretto, coesioni appiccicose. Il cosiddetto assemblaggio delle piastrelle imita un processo di formazione dei cristalli in natura. Una volta che i fili giusti sono stati progettati, una struttura specifica si forma attraverso un processo di autoassemblaggio. I ricercatori sperano di utilizzare questo metodo in futuro per organizzare nanomateriali o realizzare nanorobot in grado di eseguire piccoli interventi su organi malati o persino su singole cellule. Anche la nanoelettronica e la nanocatalisi sono possibili aree di applicazione futura.
Il controllato, l'assemblaggio commutabile di nanostrutture avviene con l'aiuto di alcuni motivi strutturali del DNA che cambiano la loro forma quando cambia il pH. Però, queste strutture sono basate su sequenze di basi molto specifiche. In contrasto, un metodo indipendente dalla sequenza offrirebbe l'accesso a un metodo versatile per l'autoassemblaggio del DNA, ampliando significativamente le possibili aree di applicazione della nanotecnologia dinamica del DNA.
Scienziati della Hefei University of Technology; Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, Hefei, Cina, e la Purdue University di West Lafayette, STATI UNITI D'AMERICA, iniziare con una piccola molecola organica, etilendiammina, H2N—CH2—CH2—NH2. In acqua, uno o entrambi i gruppi amminici (–NH2) legano in modo reversibile un protone aggiuntivo (H+), a seconda del valore del pH. Le quantità relative delle tre possibili specie dipendono fortemente dal pH. Le molecole di etilendiammina con una doppia carica positiva sono in grado di schermare elettrostaticamente le cariche negative nella spina dorsale del DNA in modo che si respingano meno, che favorisce l'autoassemblaggio.
Il team guidato da Yulin Li, Zhaoxiang Deng, e Chengde Mao è stato in grado di utilizzare un tampone contenente etilendiammina per assemblare singoli blocchi di DNA a forma di croce (piastrelle) in un'estesa struttura a nido d'ape bidimensionale in un ambiente da neutro ad acido. In condizioni leggermente alcaline, non si sono formate strutture estese. Come esempio di una struttura tridimensionale, i ricercatori hanno realizzato gabbie tetraedriche con blocchi a forma di stelle a tre punte. A un pH di 6,5, le stelle furono convertite reversibilmente in tetraedri; a un pH di 8 sono tornati alla forma a stella o ai singoli fili.
Per schermare le cariche negative nel DNA, di solito vengono utilizzati ioni metallici carichi positivamente come Mg2+. Il tampone etilendiammina non richiede ioni metallici. Gli ioni metallici aumentano l'attività di molti enzimi, in particolare le nucleasi che scindono il DNA. Questo nuovo sistema è quindi più adatto per l'uso in presenza di enzimi.
