ساخت حلقه های انعطاف ناپذیر از جنس DNA

مایکل فامولوک و گروه تحقیقاتی او از دانشگاه بن در آلمان دریافته اند که شکاف درون حلقه های DNA جایی است که می‌توان مولکول های دیگری را به آن متصل نموده و امکان انتقال این حلقه‌ها را به نانوکامپوزیت‌های مختلف برای کاربردهای متنوع ایجاد کرد. آنها با انتخاب دقیق طول رشته DNA و تعداد نوکلئوتیدها و همچنین انتخاب یک مسیر سنتزی خوب، حلقه‌های انعطاف‌ناپذیر مطلوب را ساخته اند.

آن چیزی که در زیر میکروسکوپ نیروی اتمی به صورت حلقه‌های کوچکی دیده می‌شوند
که قسمتی از آنها ناقص هستند، در حقیقت حلقه‌های نانومقیاس متشکل از زنجیره‌های
دورشته‌ای DNA هستند که بخش کوچکی از آنها (قسمت ناقص) به صورت تک‌رشته‌ای
می‌باشد. مایکل فامولوک و گروه تحقیقاتی او از دانشگاه بن در آلمان در مجله
Angewandte Chemie توضیح داده‌اند که این شکاف درون حلقه جایی است که می‌توان
مولکول های دیگری را به آن متصل نموده و امکان انتقال این حلقه‌ها را به
نانوکامپوزیت‌های مختلف برای کاربردهای متنوع ایجاد کرد.

تجمع قابل برنامه‌ریزی واحدهای ساختمانی مولکولی در ساختارهای بسیار منظم،
نقشی کلیدی در ساختن نانومواد ایفا می‌کند. اسیدهای نوکئیک کاندیداهای
بسیار مناسبی برای واحدهای ساختمانی مولکولی می باشند؛ سنتز این مولکول ها
ساده بوده و ویژگی‌های تشخیص مولکولی منحصر به فردی از خود نشان می‌دهند.
مشکل اصلی این است که تولید ساختارهای دو یا سه‌بعدی با هندسه مشخص نیازمند
وجود وحدهای ساختمانی سفت و انعطاف‌ناپذیر است. به هر حال مولکول‌های DNA
عموماً ساختارهای انعطاف‌پذیری هستند.

فامولوک می‌گوید: «از نقطه نظر ساختاری حلقه‌های کوچک ساده‌ترین شکل برای
یک ساختار انعطاف‌ناپذیر ساخته شده از DNA می‌باشند». بنابراین گروه
تحقیقاتی وی تلاش برای تولید مولکول‌های DNA با ساختار حلقوی صاف و بدون
تغییرشکل‌های حلقوی، پیچ‌خوردگی، یا گره را آغاز کردند. این کار آسان نبود.
DNA معمولاً به شکل یک زنجیره دورشته‌ای با پیچ‌خوردگی‌های مارپیچی است؛
اگر این رشته خیلی کوتاه باشد، نمی‌تواند حلقه تشکیل دهد.

از سوی دیگر، اگر این رشته طولانی باشد، دیگر سفت و انعطاف‌ناپذیر نیست.

حال فامولوک و گروهش موفق شده‌اند با انتخاب دقیق طول رشته و تعداد
نوکئوتیدها و همچنین انتخاب یک مسیر سنتزی خوب، حلقه‌های انعطاف‌ناپذیر
مطلوب را بسازند. آنها همچنین توانسته‌اند یک شکاف درون این حلقه ایجاد
نمایند؛ این شکاف در حقیقت بخشی از زنجیره DNA است که به حالت طبیعی دورشته‌ای
نبوده و تنها یک رشته در این منطقه وجود دارد. این شکاف این امکان را ایجاد
می‌کند که بتوان ویژگی‌ها و عملکرد این حلقه‌ها را برای کاربردهای خاص
کنترل کرد.

کل کاری که باید انجام شود این است که یک رشه DNA مکمل بخش ناقص تولید
نموده و آن را به مولکولی با ویژگی‌های مورد نظر متصل کرد. در این حالت تک‌رشته
تولید شده دقیقاً در شکاف حلقه قرار می‌گیرد. این قابلیت باعث می‌شود که
بتوان حلقه را بسته به کاربرد مورد نظر با گروه‌ها و مولکول‌های خاصی تجهیز
کرد. مثلاً می‌توان لنگرهایی در این بخش مولکول تعبیه کرد تا بتوان حلقه را
به اجزای دیگر متصل کرد.