محققان دانشگاه جانز هاپکینز با کار بر روی لوله‌های میکروسکوپی که تنها یک میلیونیوم پهنای یک تار موی انسان قطر دارند، روشی برای لوله‌کشی در مقیاس نانو ارائه کرده و نشان دادند که این نانولوله‌ها از نشتی در امان هستند.
لوله‌کشی نانویی بدون نشتی انجام شد!
لوله‌کشی بدون نشتی، با نانولوله‌هایی که خود به خود جمع می‌شوند، خود ترمیم‌شونده هستند و می‌توانند خود را به ساختارهای زیستی مختلف متصل کنند، گام مهمی در جهت ایجاد یک شبکه نانولوله‌ای است که روزی ممکن است داروها، پروتئین‌ها و مولکول‌های تخصصی را به سلول‌های هدف در بدن انسان تحویل دهد.
ربکا شولمن، یکی از محققان این پروژه می‌گوید: «این مطالعه نشان می‌دهد که ساختن نانولوله‌هایی که نشت نکنند با استفاده از این روش‌های آسان برای خودآرایی امکان‌پذیر است، جایی که ما مولکول‌ها را در یک محلول مخلوط می‌کنیم و فقط اجازه می‌دهیم ساختاری را که می‌خواهیم تشکیل دهند. ما همچنین می‌توانیم این لوله‌ها را به نقاط انتهایی مختلف متصل کنیم تا چیزی شبیه لوله‌کشی ایجاد شود.»
این تیم با لوله‌هایی با قطر تقریباً هفت نانومتر و چندین میکرون طول یا به اندازه یک ذره غبار کار کردند. این روش مبتنی بر تکنیکی است که در آن تکه‌های DNA را به عنوان بلوک‌های ساختمانی برای رشد و ترمیم لوله‌ها استفاده می‌کند در حالی که آن‌ها را قادر می‌سازد تا ساختارهای خاص را جستجو کرده و به آن‌ها متصل شوند و در ادامه تغییر کاربری دهد.»
در مطالعات قبلی محققان ساختارهای مشابهی را برای ساختن سازه‌های کوتاه‌تری به نام نانوحفره طراحی کرده‌اند. این طرح‌ها بر توانایی نانوحفره‌های DNA برای کنترل حمل و نقل مولکول‌ها از طریق غشاهای لیپیدی رشد یافته در آزمایشگاه که غشای سلول را تقلید می‌کنند، تمرکز دارند.
اما اگر نانولوله‌ها مانند لوله‌ها باشند، نانوحفره‌ها مانند اتصالات لوله هستند که به تنهایی نمی‌توانند به لوله‌ها، مخازن یا تجهیزات دیگر دسترسی پیدا کنند. تیم شولمن در فناوری‌نانو الهام گرفته از زیست‌شناسی برای رسیدگی به این نوع مشکلات تخصص دارد.
شولمن گفت: «ساخت یک لوله بلند از یک حفره می‌تواند به مولکول‌ها اجازه دهد نه تنها از منافذ غشایی که مولکول‌ها را در داخل یک محفظه یا سلول نگه می‌دارد، عبور کنند، بلکه می‌توانند مشخص کنند که پس از خروج از سلول به کجا می‌روند. ما توانستیم لوله‌هایی بسازیم که نسبت به لوله‌هایی که قبلا ساخته شده بودند بلندتر باشند. این لوله‌ها می‌توانند انتقال مولکول‌ها را در بزرگراه‌های نانولوله‌ای به واقعیت نزدیک کنند.»
نانولوله‌ها با استفاده از رشته‌های DNA که بین مارپیچ‌های دوتایی مختلف بافته می شوند، تشکیل می شوند. ساختار آن‌ها دارای شکاف‌های کوچکی است. به دلیل ابعاد بسیار کوچک، دانشمندان نتوانسته بودند آزمایش کنند که آیا این لوله‌ها می‌توانند مولکول‌ها را برای فواصل طولانی‌تر بدون نشت حمل کنند یا اینکه آیا مولکول‌ها می توانند از شکاف‌های دیواره خود بلغزند.
یی لی، از دپارتمان مهندسی شیمی و بیومولکولی جانز هاپکینز که این مطالعه را هدایت می‌کرد، ترفندی نانویی را انجام داد که در آن انتهای لوله را بسته و جریان آب را به داخل آن باز کند تا مطمئن شود آب به بیرون نشت نمی‌کند. محقق این پروژه، انتهای لوله‌ها را با چوب پنبه‌های مخصوص DNA پوشانده و محلولی از مولکول‌های فلورسنت را برای ردیابی نشتی‌ها و نرخ‌های عبور در آن‌ها قرار داد. این تیم با اندازه‌گیری دقیق شکل لوله‌ها، نحوه اتصال مولکول‌های زیستی به نانوحفره‌های خاص و سرعت جریان محلول فلورسنت، نشان دادند که چگونه لوله‌ها مولکول‌ها را به داخل کیسه‌های کوچک رشد یافته در آزمایشگاه شبیه به غشای سلول منتقل می‌کنند. مولکول‌های درخشان مانند آب از داخل یک لوله عبور کردند.
نانولوله‌های DNA می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا درک بهتری از نحوه تعامل نورون‌ها با یکدیگر به دست آورند. محققان همچنین می‌توانند از آن‌ها برای مطالعه بیماری‌هایی مانند سرطان و بررسی عملکرد بیش از ۲۰۰ نوع سلول بدن استفاده کنند.
