ابداع نانوفناوری جدید برای دستکاری و اندازه‌گیری DNA

حتماً Slinky® را به‌خاطر دارید، یک فنر مارپیچ که با یک هل دادن و با
استفاده از نیروی جنبشی و نیروی گرانش پله‌ها را تا پایین طی می‌کند. حال
محققان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) نسخه‌ای بسیار کوچک‌تر از این
ابزار را تولید کرده‌اند که می‌تواند در دستکاری و اندازه‌گیری DNA و
مولکول‌های نانومقیاس دیگر به‌کار رود.

در این شکل، چهار دانه سه‌بعدی (سبز و طلایی؛ قرمز و آبی) دو جفت مرز دوقلویی در
داخل نانوذره تشکیل می‌دهند.

در اولین مقاله از دو مقاله‌ای که این محققان منتشر کرده‌اند، ساموئل استاویس،
الیزابت استریکالسکی و همکارانشان نشان داده‌اند که یک کانال میکروسیالی نانومقیاس
که شبیه یک راه‌پله با تعداد پله‌های بسیار زیاد است، می‌تواند در کنترل
جابه‌جایی‌های اتفاقی یک مولکول DNA در طول حرکت در یک سیال مورد استفاده قرار
گیرد. یک رشته DNA که در کوتاه‌ترین پله در بالای این راه‌پله فشرده شده است، به
شکلی اتفاقی در آن پله حرکت می‌کند. مولکول DNA می‌خواهد آنتروپی یا بی‌نظمی خود را
افزایش دهد و بنابراین زمانی که به لبه پله اول می‌رسد، به سمت پله بلندتر بعدی
حرکت می‌کند تا محدودیت را از خود رفع کند. حرکت مولکول به سمت پله بعدی زمانی
پایان می‌یابد که به کف پله عمیق‌تر دوم رسیده و این بار در آنجا گیر می‌افتد؛
محققان این حرکت را entropophoresis یا انتقال ایجاد شده توسط آنتروپی می‌نامند.
چون این حرکت شبیه همان حرکت Slinky است، این سیستم nanoslinky نام گرفته است.

این پژوهشگران دریافتند که مولکول‌های DNA با اندازه و شکل‌های مختلف با سرعت‌های
متفاوتی از این راه‌پله پایین می‌آیند و در نتیجه می‌توان از این سیستم در جداسازی،
تغلیظ و سازماندهی اشیای نانومقیاس بهره برد.

استاویس می‌گوید این فناوری جدید نسبت به روش‌های نانوسیالی معمول دارای مزایایی در
زمینه دستکاری و اندازه‌گیری DNA است. او توضیح می‌دهد: «ساختار این راه‌پله
به‌نحوی است که می‌تواند رفتار مولکول DNA را کنترل کند. پس از قرار دادن مولکول
DNA در پله بالایی (از طریق کشیدن مولکول DNA به سمت بالا با استفاده از یک میدان
الکتریکی)، هیچ نیروی خارجی برای حرکت دادن آن نیاز نیست. این راه‌پله یک فناوری
نانوسیالی غیرفعال است که امکان دستکاری و اندازه‌گیری اتوماتیک DNA را ایجاد
می‌کند».

بنابر گفته استاویس و استریکالسکی این راه‌پله یک نمونه اولیه از گروه جدیدی از
ساختارهای نانوسیالی مهندسی شده با سطوح سه‌بعدی پیچیده است. با انجام پیشرفت‌های
بیشتر در این زمینه شاید روزی بتوان این فناوری را به تولید انبوه رسانده و از آن
در دستکاری و اندازه‌گیری DNA، پلیمرهای زیستی و اشیای نانومقیاس دیگر بهره برد.

جزئیات این کار در دو مقاله در مجلات lab on a chip و Macromolecules منتشر شده
است.