Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Гидрогель на основе ДНК имеет память формы

Ключевые слова:  Cornell University, видео, гидрогель, ДНК

Опубликовал(а):  Поверенная Мария

18 декабря 2012

Новый материал, созданный исследователями Корнелльского Университета (Cornell University, США), немного напоминает Терминатора Т-1000 из культового боевика «Терминатор-2. Судный день», - он может течь как жидкость, а затем возвращаться в исходную форму.

закрыть

Кадр из Терминатора-2: «Реинкарнация» Терминатора из жидкости.

Гидрогели – дисперсные системы, состоящие из двух компонентов – высокомолекулярных веществ, образующих непрерывную трёхмерную макромолекулярную сетку (полимерный каркас), и воды (растворителя, наполняющего пустоты этого каркаса). Благодаря такой структуре гидрогели могут абсорбировать воду в огромном количестве наподобие губки.

Наличие трёхмерного полимерного каркаса сообщает гелям механические свойства твёрдых тел: отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость). Однако большинство гелей при удалении воды необратимо разрушаются и теряют свои свойства. Ученые из Корнелльского университета под руководством профессора Дэна Луо (Dan Luo) создали гидрогель на основе ДНК, способный полностью восстанавливает свою форму после удаления и затем вновь добавления воды.

Гидрогели используются для доставки лекарств (пустоты могут быть наполнены целевым веществом, которое высвобождается при деградации гидрогеля) или в качестве каркаса для регенерации тканей. Способность образовывать гель желаемой формы открывает дополнительные возможности: например, гель, наполненный лекарством, может быть сформирован так, чтобы максимально соответствовать пространству внутри раны.

Гидрогель, полученный в лаборатории Луо, сформирован из синтетических ДНК. Как известно, ДНК представляют собой уникальную последовательность нуклеотидных оснований, на основе которых строятся гены, однако, они также могут служить строительными блоками для многих других самособирающихся материалов. Единичные молекулярные цепи ДНК сцепляются с другими единичными цепями, имеющими комплементарное кодирование, наподобие крошечных кусочков органического Lego. Синтезировав ДНК, исследователи последовательно создали из них короткие отрезки, которые связывались в крестообразной форме или в форме букв «Y», цепочки которых комплементарны друг другу только в определенных участках. Эти отрезки, в свою очередь, присоединялись концами друг к другу при помощи ферментов лигаз, образуя сетчатые структуры наподобие сита. Эти работы были первой удачной попыткой получить гидрогель на основе ДНК.

Пытаясь найти новый подход, ученые смешивали синтезированные ДНК с ферментами, провоцирующими саморепликацию молекул ДНК и их растягивание в длинные цепи, для того чтобы получить гидрогель с уникальным каркасом из тончайших пластов, состоящих из квадратных ячеек, и соединяющихся трехмерными волокнами.

«В течение этого процесса молекулы ДНК переплетаются, и переплетение приводит к образованию 3D сети», – объясняет Луо. Однако результат получился не таким, каким ожидали ученые. «Полученный нами гидрогель растекался как жидкость, но при помещении его в воду, он принимал форму контейнера, в котором он был образован», - говорит Луо, – «это не планировалось».

Исследования, проведенные методом электронной микроскопии, показали, что полученный материал состоит из множества крошечных сферических шариков, состоящих из переплетенных ДНК (авторы называют эти структуры «птичьими гнездами»), диаметром около 1 мкм (Рис. 1). Их поведение похоже на поведение множества резиновых лент, склеенных вместе. У них есть наследственная форма, но они не могут растягиваться или деформироваться.

Рис. 1. Электронная микрофотография полученного материала. Можно увидеть, что материал состоит из мельчайших «птичьих гнезд» - переплетенных спиралей ДНК (слева), которые связаны друг с другом в ДНК-блоки (справа). Такая структура создает множество крошечных пустот, которые поглощают воду как губка. Источник: Лаборатория проф. Луо.

Ученые говорят, что согласно их теоретическим расчетам упругие силы, обеспечивающие форму гидрогеля, являются настолько слабыми, что капиллярные силы вместе с силами тяжести легко преодолевают их, поэтому гель оседает в свободные (несвязанные) капельки. Но когда его погружают в воду, поверхностное натяжение становится приблизительно равным нулю, поэтому выталкивающие силы превосходят действие сил тяжести.

Для демонстрации этого интересного свойства, исследователи разлили исходный золь в формочки в виде букв «D», «N» и «A». При удалении воды получившийся гидрогель стал похож на аморфную жидкость, однако в воде он трансформировался обратно в буквы (Рис 2). См. видео ниже.

Рис. 2. Гигдогели, сделанные в форме букв «D», «N» и «A», самостоятельно деградируют, переходя в жидкоподобное состояние, однако возвращаются в первоначальную форму при добавлении воды уже в течение 15 секунд. Источник: Лаборатория проф. Луо.

В качестве демонстрации возможного применения такого гидрогеля ученые создали выключатель, реагирующий на воду. Они сделали гидрогель, наполненный частицами металла, в форме невысокого цилиндра и разместили его в изолированной трубке между двумя электрическим контактами. В жидкой форме гель мог достигать обоих концов трубки и тем самым обеспечивать прохождение тока. Однако при добавлении дистиллированной воды гель становился более короткой формы, которая не позволяла достигать обоих контактов, и ток не проходил.

Результаты данной работы были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology в декабре 2012 г.


Источник: Cornell University



Комментарии
Очень дорогая работа.
Я бы использовал для такого фокуса модифицированный крахмал.

И, да, есть подозрение, что при перемешивании этой капли эффект самовосстановления исчезнет.
Гольдт Илья, 18 декабря 2012 16:50 
Сань, а ты напиши им, чтобы помешали и видео выложили :-)
Лучше я как-нибудь что-то подобное замучу с крашеным модифицированным крахмалом.
Александр Ринатович, с генно модифицированным? ;)
Да нет, обычным, химическим.
В крахмале и фосфора-то почти нет, откуда там генные модификации.
В крахмале и генов-то нет, откуда там генные модификации?
Палии Наталия Алексеевна, 19 декабря 2012 17:57 

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Магнитный субмикрокомпозит на основе гексаферрита стронция
Магнитный субмикрокомпозит на основе гексаферрита стронция

Дистанционный лекторий ФНМ МГУ
Опубликованы приглашения на 4 интересные лекции онлайн лектория проекта дистанционного образования факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова на ближайшую неделю.

Евгений Кац: Перовскит, загадка названия и история открытия
28 мая 2020 г. в 18:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоялась онлайн лекция известного ученого, профессора Евгения Каца (Ben-Gurion University of the Negev) "Перовскит, загадка названия и история открытия", который известен не только своими выдающимися научными достижениями в области химии твердого тела, углеродных наноматериалов, перовскитной фотовольтаики, но и большим вкладом в популяризацию науки.

М.Гретцель "The stunning rise of perovskite solar cells"
28 мая 2020 г. в 19:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоялась онлайн лекция всемирно известного ученого, профессора М.Гретцеля (Федеральная политехническая школа Лозанны) "The stunning rise of perovskite solar cells".

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии
Гудилин Е.А., Горбунова Ю.Г., Калмыков С.Н.
Отделение химии и наук о материалах РАН, а также химический факультет и факультет наук о материалах МГУ инициируют реализацию открытого образовательного проекта «Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии». В рамках проекта ведущие ученые, члены Российской и международных Академий, видные представители вузовской науки прочитают тематические образовательные лекции по химии, науках о материалах, современным подходам в биологии и медицине. Видеозаписи лекций будут размещены в открытом доступе и могут быть использованы ВУЗами в основной и дополнительной образовательных программах, а также для самоподготовки и мотивации студентов и аспирантов на будущие научные достижения.

2019-nCoV: очередной коронованный убийца?
Анна Петренко
В статье рассказывается о коронавирусе 2019-nCoV — что мы знаем сегодня. А ведущие международные научные издательства предоставляют бесплатный доступ к новым статьям, посвященных изучению коронавируса

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.