Miten DNA 3D -tulostimet voivat muuttaa mikrosirujen suunnittelua

Columbian yliopiston ja Brookhaven National Laboratoryn tutkijat ovat käyttäneet DNA:sta tehtyjä rakennuspalikoita monimutkaisten kolmiulotteisten nanorakenteiden kokoamiseen. Nature Materials -lehdessä julkaistu työ esittelee laskennallisen suunnittelun ja molekyylien itsejärjestymisen yhdistelmän. Kyse ei ole tavallisesta 3D-tulostimesta, joka tulostaisi valmiita mikrosiruja.

Miksi DNA soveltuu rakennuspalikaksi?

DNA-juosteet voivat liittyä toisiinsa emäsjärjestyksen perusteella. Tutkijat hyödynsivät tätä luodakseen oktaedrin muotoisia DNA-origamipalikoita eli vokseleita. Niiden liitoskohtien järjestys määrää, mitkä palikat yhdistyvät. Näin voidaan ohjata myös palikoiden sisälle sijoitettujen nanohiukkasten järjestystä.

Käänteinen suunnittelu

Tutkimuksessa lähtökohtana oli haluttu lopullinen rakenne. Ryhmä laski sen symmetrioiden perusteella tarvittavan joukon erilaisia vokseleita ja DNA-liitoksia. Toistuvaa vokselien yhdistelmää kutsutaan mesovokseliksi. Oikein koodatut palikat voivat järjestyä tavoiteltuun kiderakenteeseen, kun ne sekoitetaan keskenään. Tämä ei tarkoita, että DNA rakentaisi rajattomasti mitä tahansa muotoa ilman suunnittelua tai kokeellista optimointia.

Mitä laboratoriossa valmistettiin?

Tutkijat kokosivat useita jaksollisia nanohiukkasrakenteita: pieniulotteisia kuvioita, kierteisiä motiiveja, perovskiittikidettä muistuttavan rakenteen ja hajautetun Bragg-heijastimen. DNA-kehyksiin sidottiin muun muassa kultananohiukkasia. Rakenteiden muodostumista tarkasteltiin mikroskopialla ja sirontamenetelmillä, ja suunnittelun ennusteita verrattiin kokeisiin.

Menetelmä voi tulevaisuudessa auttaa optisten tai muiden toiminnallisten nanomateriaalien valmistuksessa. Tämä tutkimus ei kuitenkaan osoita toimivaa uutta prosessoria, neuromorfista tietokonetta, kaupallista tuotantokustannusta tai julkaisuajankohtaa. DNA-rakenteiden muuttaminen pysyviksi epäorgaanisiksi osiksi on erillinen kehitysaskel.

Yritysyhteys

Applied Materials toimittaa puolijohdeteollisuuden laitteita, mutta sitä ei mainita tämän DNA-kokoonpanotutkimuksen osallistujana. Tutkimuksen tuloksista ei voi suoraan ennustaa sen liikevaihtoa tai osakekurssia.

Applied Materials (AMAT )

Applied Materialsin uusimmat uutiset:

Lähde: Kahn, J. S. ym., Nature Materials 24, 1273–1282 (2025), doi:10.1038/s41563-025-02263-1.