ДНК — код жизни, насколько мы знаем. Но за последние годы ученые нашли много других применений этой молекуле. Поскольку ДНК складывается и «склеивается», из нее начали создавать микроскопические формы: оригами ДНК. За последние лет десять ученые существенно продвинулись в этом искусстве ДНК, а теперь ученые Калтеха говорят, что использовали ДНК, чтобы воссоздать шедевр — реплику знаменитой картины Винсента Ван Гога «Звездная ночь» — на холсте размером с монету.

И хотя мини-Ван Гог получился точным — правда, немного нечетким и монохромным — демонстрация показывает, что этот метод может иметь более практичное применение. Одна из трудностей создания небольших технологий заключается в размещении компонентов. Как оказалось, наши пальцы просто слишком толстые, чтобы творить в масштабах тоньше человеческого волоса.

Ученые надеются, что оригами из ДНК сможет воссоздать наши руки на мельчайших масштабах, и в случае успеха мы сможем построить полезные устройства, которые по размерам будут меньше всего, что мы когда-либо строили.

Создание микроскопических форм из ДНК имеет многолетнюю историю, но именно новые методы, разработанные за последние десять лет, способствовали дальнейшему развитию этой области. Чтобы сделать конкретную форму, ученые сначала моделируют точную последовательность пар оснований ДНК на компьютере — на это уходит порядка недели — и затем синтезируют ДНК с нуля — еще неделя.

Последовательность пар оснований в длинной цепи ДНК определяет, как она может складываться, а короткие цепочки ДНК выступают в роли скоб, скрепляющих разные части более длинной цепи между собой. После помещения в раствор планируемые формы — смайлики, буквы алфавита, что угодно — собираются за несколько часов без дальнейшего участия человека.

Профессор Калифорнийского технологического института Пол Ротемунд, который изобрел ДНК-оригами в 2006 году, в последнее время работает над устройствами на основе ДНК, которые могут быть созданы за счет наклеивания ДНК-оригами на чипообразную поверхность.

Используя электронно-лучевую литографию, ученые разъедают поверхность с «клейким» участком, чтобы тот соответствовал ДНК-оригами — например, чтобы треугольный кусочек ДНК уместился в треугольный участок. Затем форма ДНК может обосноваться на месте.

«Представьте себе ящик с инструментами, который обычно имеется у людей в гаражах, только в нашем случае этот ящик с инструментами собирает себя из цепей ДНК, а инструменты аналогичным образом находят свои собственные места», говорит Ротемунд. «Все происходит в пробирке без участия человека, и это важно, поскольку все его части слишком маленькие, чтобы ими можно было эффективно манипулировать; и мы ведь хотим делать миллиарды устройств».

Интересно и то, что ДНК может связываться с самыми разными молекулами. В данном случае ДНК была разработана для связывания флуоресцентных молекул, и клейкие участки были особенными — фотоннокристалическими полостями (PCC) — и предназначенными для увеличения света, излучаемого молекулами. Степень увеличения света зависит от точного расположения пар ДНК и молекул. Если расположение будет хоть немного неправильным, никакого света излучено не будет. Каждая полость была сделана, чтобы связать от нуля до семи кусочков ДНК-оригами, соответствующим «пикселям» восьми уровней яркости.

Другие попытки создать подобные излучатели провалились и не смогли дать больше, чем несколько успешных ламп, из-за трудности в точном размещении, говорит ученые. Метод на основе ДНК является более точным и, следовательно, более успешным.

«Это похоже на использование ДНК-оригами для вкручивания молекулярных лампочек в микроскопические патроны», объясняет Ротемунд. Работая вместе, эти молекулярные лампочки и образуют этот шедевр размером с монету.

Теперь ученые работают над улучшением ламп, которые «выгорают» за 45 секунд и светят лишь в нескольких оттенках красного. Но долгосрочной целью является использование этой техники для создания крошечных датчиков или вычислительных устройств нового поколения.

«Все думают, что молекулы в конечном итоге должны стать устройствами будущего», говорит Ротемунд. «Но как их соединить? Как включить их в более крупные схемы? Как вообще с ними что-нибудь сделать? Вам нужен интерфейс между молекулами и макромиром, а это ведь как раз оно и есть».

Если они могут рисовать как Ван Гог на молекулярных масштабах, возможно, их возможности куда больше.