Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Bu sayede, birçok komplex kristal yapıdaki materyali kolayca daha kısa zamanda ve daha hesaplı olarak üretmek mümkün hale geldi. Kat kat atomları döşeyerek çeşitli nano materyaller üretmek mümkün. Ne yazık ki tek tek katmanları dizmek, sadece üretilebilecek boyutu sınırlamıyor, zamandan tasarrufu engellediği gibi, maliyeti de artırıyor.

Hal böyle olunca bilim insanları, kontrollü bir şekilde (kendiliğinden) birleşen, daha fazla çeşitliliğe sahip ve maliyeti ucuzlayan nano materyaller üretmek peşindelerdi. Kolloidal parçacıklar, atomlar gibi, kristalizasyon ve ambalajlanma davranışları sergilemesine rağmen atomların bağ yapması gibi bağ yapamıyordu. Bu problemi çözmek için çeşitli yöntemler geliştirilmişti. Bunlardan birinde DNA parçacıklarını ve hairpin(firkete) düğümlerini kullanarak bu işlem gerçekleştiriliyordu. Diğerinde ise origami şeklinde sarmalanan DNAlar kullanılmıştı. Illinois’teki Northwestern Üniversitesi’nden Kimyager Chad Mirkin ve arkadaşları, bu problemin çözümüne yönelik etkili bir yöntem geliştirdiler. Böylece Programlanabilir Atom Benzeri Yapılar (Programlanabilir Atom Eşlenikleri/PAE) üretmek kolaylaşmış oldu.

Sitratla stabilize edilmiş altın nanoparçacıkların dış yüzeyini yoğun miktarda DNA parçacıkları kaplayan araştırmacılar, bu DNA parçacıkları birbirine yaklaştıkça, fermuar gibi,  çift sarmal formuna gelmesiyle, altın nanoparçacıkları birbirine tutturmayı daha önce sağlamışlardı. Bu yöntemle, programlanabilir atom eşlenikleri(PAE) üretilebiliyordu. Ancak bu yöntemi kullandığınızda, her farklı şekil için DNA bağcıklarını yeniden düzenlemek gerekiyordu. Bu haliyle pek de etkili bir method sayılamazdı. 

Koruyucu ve Efektör Gruplar

Bu çalışmaya yeni getirdikleri düzenlemelerle, şekil değiştiren ve böylece çeşitli kristal yapıların yapı taşlarını tek seferlik DNA dizisiyle oluşturabilecek hale getirdiler. Yine, altın parçacıklar DNAyla kaplandı, ancak DNAların açıkta kalan ucunu(sticky ends) diğer nanoparçacığa yapıştırmak yerine, çeşitli koruyucu gruplar (protecting groups) eklediler. Bu gruplar sayesinde DNAyı kendi kendine bağlayan (hairpin structure) yapılar oluşturdular . Altın nanoparçacıkların bulunduğu solüsyona eklenen bu koruyucu gruplar, nanoparçacık DNA saçaklarını “kapalı” hale getirilmiş oldu ki komşu DNAlara bağlanamasın.

Öte yandan bu “firkete (hairpin)” yapıları, efektör(effector) adını verdikleri, firkete sekans ile tamamen eşlenik diğer kısa DNA parçacıkları (oligonükleotitler) ekleyerek birbirinden ayırmak mümkündü. Bu şekilde yapı taşı katmanı oluşturmayı bir derece kontrol etmeyi başardılar. Nanopartiküllerin bağ yapılarını ve latisleri(lattice/örgü), partikül sayısı veyahut partiküller üzerindeki bağ yapma potansiyeline sahip DNA yoğunluğunu  kontrol edecek farklı kontrol ve efektör gruplarıyla  ayrı ayrı yönetmek mümkün hale getirilmiş oldu. 

Sonrasında birleşerek, kristal yapıdaki çeşitliliği sağlayacak etmenlerden biri olan partikülün örgüsünü(acc,bcc) ortaya çıkaran koordinasyon numarası, bağ uzunluğuna da bağlı idi. Firkete(haripin) yapılı DNA parçacıkları ile partikül üzerindeki DNA parçasınının bağ yapacak sekansı üzerinde de oynanabildi(kısaltıp-uzaltmak şeklinde). SAXS(small-angle scattering) ile, yapılan değişiklikler neticesinde ortaya çıkan yeni örgüleri ve sitokiometrideki değişiklikleri gözlemlemek mümkündü. Mirkin’e göre ıcaklık ve zamanlama kontrolünün de eklenmesi  ile de gelinen noktada 500 kadar farklı kristal formu oluşturmak mümkün. 

Bu çalışma ne işe yarayacak?

Science dergisine göre, bu teknik, partiküller arası mesafesi, hangi renk ışığı ne derece yansıtacağını, soğuracağını belirlemede çok önemli olan optik materyallerin tasarlanmasında ve üretme  aşamasındaki kontrolü sağlamada bu yöntem uygulanabilir alternatif bir devrim olabilir. Bu çalışmalar daha iyi yönde ilerlerse, DNA sadece  canlı varlıklar için değil, cansız nesneler için bile vazgeçilmez olabilir.

Koordinasyon Numarası : Kristal yapısının veyahut koordinasyon bileşiminin oluşması için, merkezdeki atomun/iyonun/molekülün en yakınında bağlandığı atom/iyon/molekül sayısı.

Kolloid : Nano düzeydeki süspansiyon denilebilir. 

Kaynak:

1-      Service, R. (Feb,2016). DNA makes lifeless materials  shapeshift. Science.  DOI: 10.1126/science.aae0314. Retrieved 10/02/2016 from http://www.sciencemag.org/news/2016/02/dna-makes-lifeless-materials-shapeshift?utm_source=sciencemagazine&utm_medium=twitter&utm_campaign=shapeshifters-2282

2-      Kim, Y.,Macfarlane,R.,Jones, M.,Mirkin,C. (Feb,2016). Transmutable nanoparticles with reconfigurable surface ligands. Science. Vol. 351, Issue 6273, pp. 579-582/ DOI: 10.1126/science.aad2212. Retrieved 10/02/2016 from http://science.sciencemag.org/content/351/6273/579.full

3-      Kim, Y.,Macfarlane,R.,Jones, M.,Mirkin,C. (Feb,2016). Transmutable nanoparticles with reconfigurable surface ligands(Supplementary Materials). Science. Retrived 10/02/2016 from http://science.sciencemag.org/content/351/6273/579/suppl/DC1

4-      Encyclopaedia of Britannica. Coordiantion Number. Retrived10/02/2016 from http://www.britannica.com/science/coordination-number