Fizikų komanda išsiaiškino, kaip DNR molekulės, reaguodamos į surinkimo instrukcijas, savaime organizuojasi į struktūras. 
Tyrėjų teigimu, tai gali būti „koncepcijos įrodymas“, kaip novatoriškai būdais gaminti įvairias chemines medžiagas, kurių dalelės turi aiškiai apibrėžtus ryšius tarp jų.
„Mes parodėme, kad galima programuoti daleles, norint sukurti jų struktūros su iš anksto užduotomis savybėmis“, – teigia Niujorko universiteto Fizikos katedros profesorė ir viena iš tyrėjų Jasna Brujic (Jasna Brujic). „Nors žmonės, statydami pastatus, turi valdyti kranus, grąžtus ir plaktukus, šis darbas atskleidžia, kaip galima panaudoti fizikos dėsnius kuriant išmaniąsias medžiagas, kurios „moka“ pačios susirinkti“.
Mokslininkai jau seniai ieškojo būdų, kaip molekulės priversti saviorganizuotis – susiburti savaime į reikiamas struktūras, ir pasiekė proveržių daugelyje sričių. Tačiau mažiau pasiekta, norint kad mažos dalelės saviorganizuotųsi į junginius su iš anksto užprogramuotu jungčių skaičiumi.
Norėdami išspręsti šią problemą, Niujorko universiteto Fizikos katedros tyrėjai atliko eilę eksperimentų, siekdami manipuliuoti DNR molekulėmis kitų dalelių paviršiuose.
Vaizdo įraše matyti, kad mėlyna dalelė iš pradžių jungiasi su trimis raudonomis dalelėmis, atitinkamai jos valentingumui kambario temperatūroje. Temperatūrai kylant tie ryšiai nutrūksta, tačiau aušinant dalelė vėl susijungia su trimis raudonomis dalelėmis, o tai rodo, kad dalelė „pasirenka“ ryšių skaičių. Šis rezultatas rodo kad DNR ryšiai tarp dalelių yra grįžtami ir persitvarko dalelių paviršiuje, kad būtų optimizuotas valentingumas.
Iliustr.: Angus McMullen / NYU Fizikos katedra
Eksperimentai vyko mikronų lygyje – su dalelėmis, kurių dydis yra 1/25 dulkelės dydžio – tyrėjai panardino mažytes daleles į skystą aplinką. Prie šių dalelių buvo pritvirtinti DNR linkeriai – molekuliniai įrankiai, turintys lipnius galus, leidžiantys suderinti daleles taip, kad susidarytų tyrėjų pageidaujamos struktūros.
„Šio proceso privalumas yra tas, kad galime užprogramuoti konkrečios medžiagos savybes, tokias, kad ji gali būti elastinga ar trapi, ar net turėti savaiminio pasitaisymo savybių, nes ryšius galima nutraukti ir vėl atkurti – tai grįžtamas procesas“, – pastebi tyrimo autoriai. „Kūrėjai galėtų nuspręsti įdėti penkias daleles, kurios prilimpa tik prie vienos kitos ar 10 dalelių, kurios prilimpa tik prie dviejų, ir 20 dalelių, kurios prilimpa tik prie trijų, arba bet kokį kitą derinį. Tai leistų sukurti medžiagas su specifinėmis topologijomis.“
Straipsnis apie darbą publikuotas leidinyje „Proceedings of the National Academy of Sciences“.
DNA self-organization controls valence in programmable colloid design, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2112604118
Daugiau:
Eksperimentas, kurio metu negyvų dalelių sistema ima elgtis labai keistai