Persbericht
De weg naar nanobouwwerken en -machines van DNA ligt open
VU en FOM helpen sterke nanobouwstenen van DNA te construeren
Een team van Biofysici van de Vrije Universiteit Amsterdam, Stichting voor
Fundamenteel Onderzoek der Materie en de Oxford University in Groot
Brittannië heeft een belangrijke stap voorwaarts gezet in het nano-
technologisch onderzoek. In het wetenschappelijke tijdschrift Science
worden de bevindingen vrijdag 9 december gepubliceerd. Oxford maakte van
DNA nanobouwstenen; de VU en FOM lieten met een speciale microscoop zien
dat dit ook echt gelukt was en testten hoe sterk de constructie is, iets
wat op nanoschaal beslist niet vanzelfsprekend is.
DNA heeft in dit onderzoek een ongewone functie. Hoewel het in levende
organismen meestal voor de opslag van erfelijke eigenschappen dient, wordt
het hier gebruikt als constructiemateriaal in de nanowereld. De specifieke
binding die losse DNA-strengen met elkaar aangaan, maakt het mogelijk van
tevoren gedefinieerde bouwsteentjes te construeren en aan elkaar te zetten,
en ook nog snel. Een beperking van veel nanotechnieken is dat het meestal
veel tijd kost om iets te construeren. Russell Goodman, Christoph Erben,
Richard Berry en Andrew Turberfield van de Interdisciplinary Research
Collaboration in Oxford laten zien dat door slim gebruik te maken van de
genetische code, het DNA zo geprogrammeerd kan worden dat het zichzelf
binnen enkele seconden assembleert tot driedimensionale bouwstenen.
Voor de constructie zijn vier verschillende stukjes DNA nodig (zie
afbeelding). Elke DNA-streng heeft drie stukjes code die ieder passen op
(complementair zijn met) één van de drie andere strengen. Als de vier DNA-
strengen bij elkaar gevoegd worden, vormen ze een viervlak van driehoeken,
een tetraëder.
De reden om voor een tetraëder te kiezen is omdat deze structuur licht en
eenvoudig is, maar ook erg sterk. Deze vorm wordt in de macrowereld dan ook
vaak in de architectuur en de techniek gebruikt, zie bijvoorbeeld de witte
constructies boven de snelweg waaraan matrixborden hangen.
Het ultieme bewijs of dit idee met DNA werkt, is natuurlijk het zien en
testen van het resultaat. En juist dit is in de nanotechnologie lastig:
structuren in de orde van een miljoenste millimeter zijn zelfs met een
elektronenmicroscoop nog steeds stipjes.
De onderzoeksgroep Fysica van complexe systemen van professor Christoph
Schmidt gebruikte daarom een atomic force microscoop. Dit type microscoop
gebruikt een heel fijn naaldje om het object af te tasten, vervolgens wordt
deze informatie vertaald naar een driedimensionaal beeld.
Zichtbaar gemaakt
De onderzoekers Iwan Schaap en Catherine Tardin zijn erin geslaagd om met
een speciaal gefabriceerde ultra-scherpe naald (diameter van slecht drie
nanometer) de DNA-tetraëders zichtbaar te maken in water, de natuurlijke
omgeving van DNA. Uit de scans bleek dat het DNA inderdaad tetraëders had
gevormd met een hoogte van zeven nanometer.
Om te testen hoe sterk de structuur was, werden met dezelfde microscoop de
zeer kleine tetraëders ingedrukt met het naaldje. Want in de bouwwereld mag
een tetraëder dan sterk zijn, dat zegt nog niet of dit op nanoschaal nog
steeds zo is. Iwan Schaap: "We zagen de structuur veren; er was echt
elastisch gedrag te zien. Dankzij deze experimenten weten we nu dat een DNA-
tetraëder relatief veel kracht kan hebben, maar we hebben ook de
elasticiteit van DNA gemeten onder samendrukking in de lengterichting. Deze
meting was tot nu toe experimenteel onmogelijk."
Men kan nu dus stevige bouwblokjes van DNA maken die zichzelf snel in
elkaar zetten. Door op betrekkelijk eenvoudige wijze bindingsplaatsen te
creëren, kunnen de onderzoekers de bouwstenen ook aan elkaar koppelen. Nu
de mechanische eigenschappen bekend zijn, is de weg open om complexere
bouwwerken en nanomachines van DNA te ontwerpen.
Vrije Universiteit Amsterdam