I de seneste år har udviklingen inden for nanoteknologi gjort det muligt næsten at opbygge helt nye molekyler fra grunden af ved at bruge individuelle atomer som byggeklodser, den såkaldte ’atom by atom’ metode.

Dette åbner for helt nye muligheder for at designe materialer og kemiske/medicinske produkter, hvor man har en høj grad af kontrol over stoffets egenskaber. Især biologiske molekyler er attraktive som byggeklodser på grund af deres rumlige kompleksitet, deres selv-samlende egenskaber (self assembling properties) og de mange forskellige måder hvor med biologiske molekyler kan reagere.

Forskere fra det Russiske Videnskabsakademi viser i en ny artikel, at den mest lovende byggeklods er nukleinsyre, som vi kender fra RNA og DNA. Nukleinsyre har mange nyttige egenskaber såsom deres varierende længde, fra et par nukletider til kæder som kan være flere mikrometer lange, nitrogenbasernes evne til at reagere kemisk med en lang række af andre molekyler og naturligvis deres unikke egenskaber til at bindes med andre nukleinsyrer i komplementære kæder og derved danne tredimensionelle heliske strukturer.

Forskellige metoder kan bruges til at designe nye nanostrukturer med nukleinsyrer.

Den skridtvise (step-by-step design) metode tilføjer sticky ends til små-kæder, altså endelser der gør kæderne i stand til at bindes til andre kæder og på den måde skridtvis opbygge en længere kæde.

En anden metode er kondensationsmetoden, som går ud på at blande nukleinsyrene i vandige saltopløsninger. Kondensering og dermed dannelsen af nukleinsyre-kæder finder så sted enten ved at fordampe saltet (the entropy condensation), hvorved nukleinsyrene spontant danne strukturer, eller ved at neutralisere fosforgrupperne i nukleinsyrene og derved benytte den naturlige tiltrækning mellem nukleinsyrene til at danne komplekse strukturer (the enthalphy condensation).

Den sidste metode de russiske forskere nævner er det hele på engang metoden (all at once design), som benytter nukleinsyrenes evner til at danne mange forskellige bindinger på tværs af kæderne (cross-links) samtidigt og derved danne komplekse strukturer i et skridt. Dette opnås ved at inddæmme nukleinsyrene i et skelet af flydende krystalline strukturer og så danne bindingerne ved at fjerne skelettet fra en vandige saltopløsning.

Den sidste metode rummer, ifølge de russiske forskere, det største potentiale til at designe specifikke DNA-agtige nanostrukturer, men mere forskning og udvikling er nødvendig for at realisere dette potentiale.

Anvendelsesmulighederne for sådanne nanostrukturer spænder vidt og udgør blandt andet guide-molekyler for medicin, der skal ramme et specifikt cellevæv, biosensorer og optiske filtre eller molekyle-sier til brug i optisk elektronik.

Kilde: Yevdokimov, Y. M. and Sytchev, V. V. (2007). Nanotechnology and nucleic acids. The Open Nanoscience Journal 1, 19-31.