Молекулы ДНК как нанороботы

Иногда поражает, насколько резко реальные научные исследования уходят от "наивных" прогнозов.

Вот есть такая область научных исследований -- создание метаматериалов, т.е. периодических структур, построенных не просто из атомов, а из более крупных однотипных объектов. Например, кубическая решетка из золотых шариков размерами в несколько нанометров. Если это научатся делать, то будет крупный прорыв в оптике, связанный, кроме прочего, с такими модными темами, как отрицательный коэффициент преломления, шапки-невидимки, и т.д.

Наношарики сейчас создавать умеют, а вот собирать их в крупные регулярные структуры -- пока нет. Причина в том, что если между шариками есть притяжение, то они сами по себе слипаются в аморфную кучу, а вовсе не в периодический кристалл. Возникает задача -- как научиться "укладывать" шарики в нужную структуру?

Фантасты, да и ученые тоже, уже давно мечтают создать этаких нанороботов, которые будут в огромных количествах бегать по поверхности материала, хватать наношарик, класть его на место, бежать за следующим. Правда, тут возникает вопрос, как создать таких нанороботов, как их запрограммировать и как их подпитывать энергией. Ученые над этим бьются, и то и дело появляются работы про микромашины, движимые светом, про нанопропеллеры и т.д. Хотя конечно до полноценного наноробота еще очень далеко.

И вдруг -- оказывается, что на самом деле всё может оказаться гораздо проще и совсем не так, как обрисовывают фантасты.

В последнем выпуске Nature появились две статьи, в которых УЖЕ рассказывается об экспериментах по созданию метакристаллов с правильной решеткой из коллоидных наночастиц золота. Роль "укладчиков" наночастиц в решетку выполняли определенные короткие молекулы ДНК, прикрепленные к каждой наносфере. Связь осуществляется через комплементарные последовательности (т.е. там было два сорта наночастиц, с комплементарными окончаниями ДНК; одинаковые друг с другом не соединялись, а комплементарные соединялись). Иными словами, вместо того, чтобы заново изобретать велосипед программируемые рабочие нанообъекты, физики использовали то, что уже есть у природы.



Анализ показал, что получается объемоцентрированная кубическая решетка наночастиц, причем довольно ажурная -- сами частицы занимают около 4% объема. Главное, что решетка довольно устойчива, как механически, так и термодинамически; при нагревании она теряется, но при охлаждении выстраивается вновь.

По-моему, перспективы открываются очень впечатляющие.

Ссылки:
DNA-guided crystallization of colloidal nanoparticles, Nature 451, 549-552 (31 January 2008).
DNA-programmable nanoparticle crystallization, Nature 451, 553-556 (31 January 2008).

Также по теме:
Биомакромолекула и наночастица, часть 1, часть 2.