تولید نوار موبیوس با استفاده از DNA

گروهی از محققان آمریکایی با استفاده از قطعات نوارمانند DNA ساختاری شبیه نوار موبیوس تولید کرده‌اند که عرض آن تنها ۵۰ نانومتر، یعنی به اندازه عرض یک ویروس است.

مدتهاست که نوارمعروف موبیوس توجه بسیاری
را به خود جلب کرده و حتی الهام‌بخش آثار هنری زیادی بوده است. حال محققان
دانشگاه آیالتی آریزونا با استفاده از قطعات نوارمانند DNA ساختاری شبیه
نوار موبیوس تولید کرده‌اند که عرض آن تنها ۵۰ نانومتر، یعنی به اندازه عرض
یک ویروس است.

محققان امیدوارند بتوانند از ویژگی‌های این نانوساختار جالب در زمینه‌هایی
همچون حسگری شیمیایی، نانولیتوگرافی، دارورسانی و نانوالکترونیک بهره ببرند.

این پژوهشگران از روشی به نام اریگامی DNA
برای ایجاد این نانوساختارها استفاده کرده و با توسعه این روش توانستند این
ساختار شبیه نوار موبیوس را به صورت طولی برش داده و حلقه‌های قفل‌شده‌ای
تولید کنند که به نام کاتنان شناخته می‌شوند.

هائو یان، مدیر این گروه پژوهشی می‌گوید: «ما به‌عنوان یک معمار نانویی
تلاش می‌کنیم دو نوع ساختار تولید کنیم: هندسی و توپولوژیکی». ساختارهای
هندسی همچون شکل‌های بلوری پیچیده، ستاره‌ماهی و ارگانیسم‌های تک‌سلولی در
طبیعت به فراوانی یافت می‌شوند. یان از این شکل‌های طبیعی به‌عنوان یک منبع
نامحدود و الهام‌بخش برای تولید نانوساختارهای مختلف توسط بشر نام می‌برد.

توپولوژی که یکی از شاخه‌های ریاضی است،
ویژگی‌های فضایی اشکالی را توضیح می‌دهد که می‌توانند پیچ خورده، کشیده شده
و یا متحمل تغییرات دیگری شوند و اشکال کاملاً جدیدی ایجاد کنند. این
تغییرشکل‌ می‌تواند بر هندسه اشیا تأثیر بسیار عمیقی داشته باشد، اما
تغییری در توپولوژی سطحی آنها ایجاد نمی‌کند (مثل یک دونات که با پیچ خوردن
و کشیده شدن به شکل عدد ۸ در می‌آید).

در این مطالعه برای تولید نوار موبیوس بر ویژگی‌های خودآرایی DNA تکیه شده
است. در سال ۲۰۰۶ پل روتموند در Cal Tech نشان داد که می‌تواند از فرایند
خودآرایی DNA در تولید نانوساختارهای دوبعدی با اشکال مختلف استفاده کرد.
بدین ترتیب اریگامی DNA به‌عنوان یک ابزار قدرتمند برای طراحی نانوساختارها
پا به عرصه وجود گذاشت.

این پژوهشگران پس از تولید نوار موبیوس آن را با استفاده از میکروسکوپ
نیروی اتمی و میکروسکوپ الکترونی عبوری مطالعه کردند. تصاویر به‌دست آمده
تأیید کردند که استفاده از اریگامی DNA برای تولید ساختاری شبیه نوار
موبیوس موفقیت‌آمیز بوده است. یان اشاره می‌کند که در نوارهای موبیوس هم
چرخش راست‌گرد و هم چرخش چپ‌گرد مشاهده می‌شود.

این محققان برای نشان دادن انعطاف‌پذیری توپولوژیکی نوارهای موبیوسِ تولید
شده، آنها را به‌صورت طولی و در نقاط مختلف برش دادند. این برش اگر در وسط
نوار صورت گیرد منجر به تولید یک ساختار جدید می‌شود که حاوی چهار نیم‌چرخش
(۷۲۰ درجه) است. در صورتی که برش در یک‌سوم عرضی نوار اتفاق بیافتد، یک
کاتنان تولید می‌شود (حلقه‌های درهم قفل شده).

جزئیات این کار به صورت آنلاین در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده
است.