یک مقاله جدید برخی از خلاقیتهای تیمهای تحقیقاتی را نشان میدهد که شامل گلدانها، کاسهها و گویهای توخالی است که یکی در داخل دیگری پنهان شده اند.
به گزارش تکناک، این محققان به جای ساخت آنها از چوب یا خاک رس، این اشیاء را از مولکول های نخ مانند DNA، شکل داده اند و با دقت نانومتری به صورت اجسام سه بعدی پیچیده طراحی کردند.
این خلاقیت ها امکانات یک برنامه نرم افزاری منبع باز جدید را نشان می دهد که توسط دکتر Duke Ph.D. با مشاورش جان ریف توسعه داده اند که به کاربران این امکان را می دهد که نقشه ها یا مدل های دیجیتالی شکل های گرد را بگیرند و آنها را به ساختارهای سه بعدی ساخته شده از DNA تبدیل کنند.
نانوساختارهای DNA توسط نویسندگان همکار Raghu Pradeep Narayanan و Abhay Prasad در آزمایشگاه پروفسور هائو یان در ایالت آریزونا جمع آوری و تصویربرداری شدند. قطر هر جسم توخالی کوچک بیش از دو میلیونم اینچ نیست به نحوی که بیش از 50هزار عدد از آنها می توانستند روی سر یک سنجاق قرار بگیرند.
اما محققان می گویند اینها چیزی بیش از مجسمه های نانویی هستند.این نرمافزار میتواند به محققان اجازه دهد تا ظروف کوچکی برای تحویل دارو یا قالبهایی برای ریختهگری نانوذرات فلزی با اشکال خاص برای سلولهای خورشیدی، تصویربرداری پزشکی و سایر کاربردها ایجاد کنند.
برای اکثر مردم، DNA طرح اولیه زندگی است.DNAدستورالعمل های ژنتیکی برای همه موجودات زنده است، از پنگوئن گرفته تا درختان صنوبر. اما برای این گروه تحقیقاتی DNA چیزی فراتر از یک حامل اطلاعات ژنتیکی است،این کد حیاتی منبع و مواد ساخت و ساز نیز هست.
در کد ژنتیکی DNA چهار حرف یا پایه وجود دارد که به روشی قابل پیش بینی در سلول های ما جفت می شوند و پله های نردبان DNA را تشکیل می دهند.این ویژگیهای جفت باز دقیق DNA – A با T و C با G – است که محققان با هم انتخاب کردهاند.با طراحی رشتههای DNA با توالیهای خاص، آنها میتوانند رشتهها را طوری برنامهریزی کنند که خودشان را به شکلهای مختلف در کنار هم قرار دهند.
این روش شامل تا کردن یک یا چند قطعه طولانی از DNA تک رشتهای،به طول هزاران بار، با کمک چند صد رشته DNA کوتاه است که به توالیهای مکمل روی رشتههای بلند متصل میشوند و آنها را در جای خود منگنه میکنند.
محققان از دهه 1980 روی DNA به عنوان یک ماده برای ساخت و ساز آزمایش انجام کردند. اولین اشکال سه بعدی مکعب های ساده، اهرام، توپ های فوتبال – اشکال هندسی با سطوح درشت و بلوک بود.اما طراحی سازه هایی با سطوح منحنی ،بیشتر شبیه به آنچه در طبیعت یافت می شود،مشکل بوده است. هدف این تیم گسترش دامنه اشکالی است که با این روش امکان پذیر است.
برای انجام این کار، فو نرم افزاری به نام DNAxiS توسعه داد.این نرم افزار متکی بر روشی برای ساخت و ساز بوسیله DNA است که در سال 2011 توسط یان، که 20 سال پیش قبل از پیوستن به دانشکده در ایالت آریزونا، فوق دکترای ریف در دوک بود، توضیح داده شد.این کار با پیچاندن یک رشته مارپیچ بلند DNA به حلقههای متحدالمرکز که روی یکدیگر قرار میگیرند تا خطوط جسم را تشکیل دهند،مانند استفاده از سیم پیچهایی از خاک رس برای ساختن یک گلدان، کار میکند. برای استحکام بیشتر سازه ها، تیم همچنین امکان تقویت آنها را با لایه های اضافی برای افزایش پایداری فراهم کرد.
فو شکل های مختلفی را که می توانند بسازند نشان می دهد که شامل:مخروط ها، کدوها، شکل های برگ شبدر می شود. DNAxiS اولین ابزار نرمافزاری است که به کاربران امکان میدهد چنین اشکالی را بهطور خودکار طراحی کنند که این کار را با استفاده از الگوریتمهایی برای تعیین محل قرار دادن «منگنههای» کوتاه DNA برای اتصال حلقههای DNA طولانیتر و نگه داشتن شکل در جای خود،انجام می دهند.
فو گفت:اگر تعداد آنها خیلی کم باشد،یا اگر در موقعیت اشتباه قرار گیرند، ساختار به درستی شکل نمیگیرد.
برای مثال،با توجه به مدلی از شکل قارچ، رایانه فهرستی از رشتههای DNA را بیرون میآورد که در پیکربندی درست خود جمع میشوند. ریف گفت: هنگامی که رشتهها سنتز و در یک لوله آزمایش مخلوط میشوند، بقیه با گرم کردن و سرد کردن مخلوط DNA، در کمتر از 12 ساعت،از خود مراقبت میکنند و به شکلی جادویی در نانوساختار DNA جمع میشود.
محققان گفتند که کاربردهای عملی نرم افزار طراحی DNA آنها در آزمایشگاه یا کلینیک ممکن است هنوز سال ها کار داشته باشد.اما ریف گفت:این یک گام بزرگ به جلو از نظر طراحی خودکار ساختارهای سه بعدی جدید است.
