Een doorbraak in het nano-onderzoek: ingenieurs hebben piepkleine, zeer tere knutselwerkjes van DNA gestut met een stevig jasje. Op die manier kunnen ze straks handige minibouwwerkjes maken, schrijven ze in het vakblad Nature.

De structuren die de onderzoekers met DNA-origami bouwden, zijn gebaseerd op diatomeeën. Afbeelding: Shireen Dooling

Met een nieuwe techniek hebben onderzoekers uit China en de Verenigde Staten piepkleine structuurtjes van DNA-origami gebouwd. Deze bekleedden ze met een laagje siliciumdioxide (SiO2) – het hoofdbestandsdeel van glas. De vormpjes zijn slechts 120 nanometer groot – 120 miljoenste van een millimeter. Zo piepklein, dat je er zo’n tweeduizend zou moeten opstapelen om een toren te krijgen die één haardikte hoog is. Toch zijn onder de microscoop duidelijk driehoeken, kubussen, tetraëders en honinggraatstructuren zichtbaar, een bijzonder kunstje op dit miniformaat.

Glazen kunstwerkjes

Diatomeeën zoals getekend bij Ernst Haeckel (1904)

De wetenschappers haalden hun inspiratie uit zogeheten diatomeeën. Deze eencellige algjes bouwen hun rijk geornamenteerde exoskeletjes van siliciumdioxide. Die skeletjes zitten niet ín maar óm het beestje, en zijn voor hun kleine formaat heel stevig. Bovendien zijn ze ontzettend veelzijdig: er zijn ongeveer tienduizend soorten diatomeeën en hun glazen huisjes variëren van lange, sierlijke ellipsen, uitwaaierende sneeuwvlokjes en rijk gedetailleerde driehoeken tot cirkelvormige bloemstructuren.

Achteraf gezien
LEES OOK
Achteraf gezien

Diatomeeën zijn vanwege hun stevigheid, veelzijdigheid en geringe formaat al langer een inspiratiebron voor nanotechnologie, al zijn ze nog steeds tien- tot duizendmaal zo groot als de nanostructuren die de onderzoekers bouwden.

Vouwen met DNA

Om kleine diatomee-achtige vormpjes te bouwen, gebruikten de onderzoekers een techniek die ook bekendstaat als DNA-origami. Daarmee vouwden de DNA-moleculen zichzelf op tot kubussen, tetraëders en andere vormen. Aan het negatief geladen oppervlak van het DNA plakten positief geladen silica-moleculen. Op die manier werd het geheel een stuk steviger.

Om met DNA te origamiën, neem je één lange sliert synthetisch DNA. Deze meng je met kleine stukjes DNA, van waarvan de ene helft precies past op één specifiek stukje van de lange streng, en de andere helft precies op een ander stukje. Als een koppeltjestukje plakt het kleine DNA daarna twee stukken van het lange DNA aan elkaar. Wie precies de juiste stukjes DNA mengt, kan zo allerlei miniatuur-structuren bouwen – of eigenlijk: vouwen.

Microscoopbeeld van één van de ministructuurtjes die die de onderzoekers bouwden. Bron: Yan Lab

De origamitechniek is al tien jaar bekend, maar de structuren waren nooit zo stevig. ‘Ze lijken qua sterkte een beetje op zacht plastic’, legt Cees Dekker van de TU Delft uit, en dat kan onhandig zijn. Door de DNA-vormen daarna te bekleden met siliciumdioxide, worden de vormpjes tot wel tien keer steviger.  Die combinatie van zacht organisch materiaal en een harde anorganisch schil komt in de natuur ook veel voor – denk aan een harde schelp met daarin het zachte frommeltje van het dier, vertelt Dekker. ‘Maar tot nu toe was het voor DNA-origami nog niet gelukt. En nu dus wel.’

In de toekomst hopen de onderzoekers het DNA-structuurtje niet alleen met siliciumdioxide, maar ook met allerlei andere metalen te kunnen bekleden – of zelfs een combinatie van verschillende laagjes. De tere, gedetailleerde DNA-origami in combinatie met de stevigheid van het metalen jasje openen daarmee allerlei nieuwe deuren in de nanotechnologische wereld.

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.