Was wäre, wenn wir Oberflächen nanometergenau konstruieren könnten – mit DNA als Baumaterial? Unsere Partner des NanoPrecMed-Konsortiums an der Johannes Kepler Universität (JKU) Linz haben einen spannenden Schritt in diese Richtung gemacht. In ihrer neuesten Publikation beschreiben sie, wie sie hochorganisierte Nanostruktur-Arrays aus DNA geschaffen haben, die ganze Oberflächen bedecken und gleichzeitig Anknüpfungspunkte für funktionelle Moleküle bieten.
DNA ist zwar als Träger genetischer Informationen bekannt, dank ihrer vorhersehbaren komplexen Bindungen ist sie aber auch ein vielseitiger Baustein. Durch die Entwicklung von DNA-Strängen, die sich selbst zu bestimmten Formen zusammenfügen, gelang es dem Team, komplexe Kristallstrukturen zu züchten, die aufrecht von einer Oberfläche abstehen – wie molekulare „Stecknadeln“, die sofort einsatzbereit sind.
Diese vertikalen DNA-Strukturen können anschließend präzise funktionalisiert werden, beispielsweise durch die Anheftung von Aptameren. Aptamere sind kurze DNA- oder RNA-Stränge, die sich in bestimmte Formen falten, um Zielmoleküle wie Proteine fest zu binden. Aptamere wirken wie molekulare „Klettverschlüsse“ und sind somit nützliche Werkzeuge für die hochpräzise Erkennung von Biomolekülen. Das Ergebnis: großflächige Sensoroberflächen mit nanometergenauer Präzision.
Um dies zu erreichen, entwickelten die Forscher um Yoh Jin Oh und Peter Hinterdorfer eine neue Methode, die die Anordnung und Verankerung der DNA-Strukturen auf der Oberfläche präzise steuert. Mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) bestätigten sie, dass ihre Technik eine gleichmäßige Abdeckung und konsistente Abstände ermöglicht, die für Anwendungen in der Biosensorik, Diagnostik und bei intelligenten Materialien entscheidend sind.
Das Titelbild der aktuellen Ausgabe von ACS Nano, in der die Studie veröffentlicht wurde, spiegelt diesen Erfolg wider: eine konzeptionelle Visualisierung vertikaler DNA-Nanostruktur-Arrays, gleichmäßig auf einer Oberfläche verankert und bereit zur Funktionalisierung. Es verdeutlicht, wie das intelligente Design sich wiederholender Kacheln die Kontrolle über die räumliche Anordnung auf Nanometerebene ermöglicht.
Durch die Verbindung von Nano- und Makrowelt ebnet diese Studie den Weg für skalierbare, hochdefinierte biofunktionale Oberflächen und zeigt, was möglich ist, wenn Nanotechnologie auf molekulare Präzision trifft.
Lesen Sie den vollständigen Artikel in ACS Nano: Vertical DNA Nanostructure Arrays: Facilitating Functionalization on Macro-Scale Surfaces