Un gruppo di ricerca guidato dal defunto professor Liang Haojun del Laboratorio nazionale di scienze fisiche di Hefei presso la Microscala dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) ha sviluppato una facile strategia mediata dall'entalpia per controllare con precisione la replicazione e l'assemblaggio catalitico del DNA -colloidi funzionalizzati in modo dipendente dal tempo, facilitando la creazione di nanomateriali ordinati su larga scala. Lo studio è stato pubblicato in Angewandte Chemie International Edition .
La replicazione delle informazioni è una caratteristica fondamentale della natura, con gli acidi nucleici che svolgono un ruolo cruciale nei sistemi biologici. Tuttavia, la creazione di sistemi sintetici in grado di produrre nanomateriali ordinati tridimensionalmente su larga scala utilizzando nanostrutture autoreplicanti è rimasta una sfida formidabile.
I sistemi artificiali autoreplicanti esistenti spesso non riescono ad assemblarsi programmabilmente in nanostrutture sofisticate, limitando le loro potenziali funzioni e applicazioni.
Il team di ricerca ha ideato una soluzione innovativa per superare le sfide esistenti. Sfruttando il potere della specificità del DNA e i principi della nanotecnologia del DNA dinamico, hanno creato un sistema modello che include semi colloidali funzionalizzati con DNA.
Questi semi sono stati accoppiati con un sottosistema programmato di circuito di spostamento del filamento di DNA semplificato, progettato per produrre copie colloidali funzionalizzate con il DNA. Questo sistema funzionava a temperatura ambiente, eliminando la necessità di processi ad alta temperatura complessi e potenzialmente dannosi.
L'innovazione chiave risiede nell'uso di un sistema di interazione dipendente dal tempo che controllava la replica e l'assemblaggio catalitico degli equivalenti atomici programmabili (PAE). I PAE, costituiti da nuclei colloidali funzionalizzati con DNA, erano in grado di riconoscere e legare filamenti di DNA complementari attraverso un processo noto come reazioni di spostamento del filamento mediato dal toehold (TMSD).
Ciò ha consentito il rilascio controllato di catalizzatori dal sistema modello, che a sua volta ha avviato la replicazione dei semi PAE e l'assemblaggio delle copie PAE in strutture superreticolari.
Attraverso l'assemblaggio programmato del DNA, le copie inattive del PAE hanno gradualmente acquisito le stesse estremità appiccicose dei semi del PAE, facilitando la replicazione e il successivo assemblaggio in superreticoli ordinati. È importante sottolineare che il sistema ha dimostrato una notevole precisione nel riconoscere e trasmettere le informazioni sul modello durante il processo di replica, garantendo fedeltà nella riproduzione delle strutture superreticolari.
Lo studio apre strade per la costruzione di materiali superreticoli colloidali tridimensionali complessi, programmabili e su larga scala, che potrebbero trovare applicazioni in campi che vanno dalla scienza dei materiali alla biotecnologia.
Ulteriori informazioni: Xiaoyun Sun et al, Programmazione di supercristalli utilizzando colloidi replicabili con DNA funzionalizzato, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202403492
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina
