در نانوساختارهای زیستی، مانند شبکه‌های DNA، اندازهگیری سفتی (پارامتری ضروری در خواص و عملکرد DNA) کاری بسیار مشکل است. اما اخیرا دانشمندان مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) موفق به کشف تکنیک‌هایی برای مشاهده رفتار نانوساختارهای زیستی در هر دو بعد مکان و زمان شدند. این اکتشاف به آنها اجازه اندازهگیری مستقیم سفتی و رسم تغییرات آن در سرتاسر شبکه DNA را می‌دهد.
تجسم شبکه‌های زیستی به صورت ۴ بعدی
در نانوساختارهای زیستی، مانند شبکه‌های DNA، اندازهگیری سفتی (پارامتری ضروری در خواص و عملکرد DNA) کاری بسیار مشکل می‌باشد. اما اخیرا دانشمندان مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) موفق به کشف تکنیک‌هایی برای مشاهده رفتار نانوساختارهای زیستی در هر دو بعد مکان و زمان شدند. این اکتشاف به آنها اجازه اندازهگیری مستقیم سفتی و رسم تغییرات آن در سرتاسر شبکه DNA را می‌دهد.
دانستن خواص مکانیکی ساختارهای DNA برای ساخت شبکه‌های زیستی مستحکم، در میان کاربردهای دیگر، امری ضروری می‌باشد. به گفته احمد زِویل از مؤسسه Caltech، اینگونه تجسم زیست‌مکانیکی در مکان و زمان، می‌بایست برای مطالعه نانومواد زیستی دیگر، از جمله تجمع‌های غیرطبیعی پروتئین که باعث بیماری‌هایی مانند آلزایمر و پارکینگسون می‌شود، نیز قابل اجرا باشد.
اعضای این گروه برای اولین بار توانستند حرکت نانوساختارهای DNA را در بعدهای مکان و زمان با استفاده از میکروسکوپ الکتروتی ۴ بعدی که در مؤسسه Caltech ساخته شده است، مشاهده کنند.
این میکروسکوپ الکترونی ۴ بعدی، جریانی از الکترون‌های منحصر به فرد را بر روی اشیاء پراکنده کرده و بدین ترتیب تصویر ساخته می‌شود. این الکترون‌ها با طول موج‌هایی به اندازه پیکومتر و یا تریلیونیم متر، قابلیت تجسم ساختارهای فضایی با وضوح هزار برابر و وضوح زمانی یک فمتوثانیه و یا بیشتر از نانوساختارها را میسر می‌سازد.
با استفاده از الکترون موجود در میکروسکوپ، چند رشته از DNA از فیلم کربنی بریده شد (چپ) و بدین ترتیب یک ساختار ۳ بعدی و مستقل با این میکروسکوپ ۴ بعدی به دست آمد.
این آزمایش با ایجاد ساختاری از کشیدن DNA در سوراخی که در فیلم نازکی از کربن تعبیه شده بود، شروع شد. با استفاده از الکترون‌های موجود در میکروسکوپ، تعدادی از رشته‌های DNA بریده شده و بدین ترتیب ساختاری ۳ بعدی و مستقل با این میکروسکوپ ۴ بعدی به دست آمد.
در مرحله بعد، با استفاده از گرمای لیزر، نوسانات در ساختار DNA تحریک شده و از آنها با استفاده از پالس‌های الکترونی به صورت تابعی از زمان (بعد چهارم) عکس‌برداری شد. با مشاهده فرکانس و دامنه این نوسانات، اندازهگیری مستقیم سفتی انجام پذیرفت.
انجام این پروسه در یک شبکه پیچیده، کار شگفت‌آوری محسوب می‌شود. اکنون با بریدن و جستجو کردن، می‌توان محدوده انتخاب شده از یک شبکه DNA را مشاهده و رفتار و خواص آن را به پیدا کرد.
این گروه با استفاده از این میکروسکوپ الکترونی ۴ بعدی، بررسی بیماری آمولوئید (انباشت پروتئین در اندام و بافتها) و تحقیق در مورد خواص زیست‌مکانیکی این شبکه‌ها، که در بسیاری از بیماری‌های مخرب عصبی نقش اساسی دارد را آغاز نموده‌اند. این تکنیک پتانسیل استفاده‌های بیشتر در کاربردهای دیگر را دارا بوده و می‌توان از آن علاوه بر ساختارهای زیستی، در علوم نانوساختاری مواد نیز استفاده کرد.
این دانشمندان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی PNAS منتشر کرده‌اند.
