Bittesmå byggeklodser, som samler sig af sig selv og bliver til figurer, som forestiller rumskibe, dødningehoveder og hjerter. Det lyder måske lidt som science-fiction, men i virkeligheden er der tale om en helt ny metode inden for nanoteknologi.

Det er lykkedes en amerikansk forskergruppe at bruge den nye byggemetode til at fremstille 102 tredimensionelle nanofigurer, som er så små, at de ikke engang kan ses i et almindeligt mikroskop.

»Generelt har forskere inden for vores felt slet ikke troet, at det her var muligt. Det er fantastisk, at det overhovedet kan lade sig gøre. Det åbner en ny vej inden for nanoteknologi,« siger professor Kurt Gothelf, som er leder af Center for DNA Nanoteknologi ved Aarhus Universitet.

Den amerikanske undersøgelse er netop blevet publiceret i det videnskabelige tidsskrift Science, og i samme udgave af tidsskriftet har Kurt Gothelf skrevet en kommentar til amerikanernes forskning.

Grundforskning i byggeklodser

Blandt nano-forskere har man længe forsøgt at finde ordentlige metoder til at flytte rundt på 'byggeklodser' i nanostørrelse.

Men problemet er, at de bittesmå nano-byggeklodser hverken kan indfanges med fingrene, fine pincetter eller andre redskaber.

»I den nye artikel har forskerne fundet en metode, som gør dem i stand til at opbygge bittesmå figurer efter samme princip, som når man bygger med legoklodser.  Der er stadig tale om grundforskning, men deres metode åbner for en masse forskellige anvendelsesmuligheder,« siger professor Kurt Gothelf.

Kan bruges til ny medicin

Han mener blandt andet, at den nye metode vil kunne bruges til at opbygge intelligente former for medicin, som ikke skader kroppens raske celler – men i stedet går direkte efter at dræbe eksempelvis kræftceller.

Andre anvendelsesmuligheder for den nye nano-metode kan ifølge Kurt Gothelf  være at opbygge små sensorer, som kan opspore sygdomme og stille en diagnose.

Nanoskala-DNA-struktur samlet af DNA-mursten. Hver mursten er en kort, syntetisk enkeltstrenget DNA. (Foto: Younggang Ke)

»Man kan også forestille sig, at det vil blive brugt til at fremstille forskellige former for elektronik. Men jeg tror, at der kommer til at gå 5-10 år, før vi ser metoden blive anvendt til at fremstille kommercielle produkter,« siger Kurt Gothelf.

Nanoteknologi anvender livets byggesten

Men hvordan kan forskerne flytte rundt på byggesten, som er så små, at de ikke kan ses i et almindeligt mikroskop?

De bittesmå byggesten, som forskerne anvender, er i virkeligheden en kunstig udgave af DNA – arvematerialet hos både mennesker, dyr og planter. Som nogle måske husker fra skolens biologitimer, er kroppens DNA-molekyler opbygget af to lange strenge, som har fire forskellige byggesten imellem sig – Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) og Thymin (T).

I DNA-molekylet kan A kun sættes sammen med T, mens G kan kun danne par med C. Disse naturgivne byggeregler udnytter nanoforskerne. Reglerne betyder nemlig, at når man blander en masse små stykker DNA-strenge sammen, så kan de kun kan sammensættes på én bestemt måde – ligesom brikkerne i et puslespil.  

DNA samler sig automatisk

»Man kan altså designe figurer, som man har lyst til, ud fra rækkefølgen af A, G, C og T. Og det, som så er fantastisk smart ved DNA, er, at det samler sig af sig selv,« forklarer Kurt Gothelf.

Til sammenligning kan man forestille sig, at de små DNA-strenge er legoklodser.

Dermed udtænker forskerne forskellige legofigurer, og herefter fremstiller de en portion af den slags legoklodser, som de skal bruge. Til sidst blander de alle legoklodserne sammen, og nu samler klodserne sig automatisk i netop de figurer, som forskerne har designet.

»Man kan ikke se figurerne med det blotte øje eller med et almindeligt mikroskop. Man skal bruge det, vi kalder et elektron-mikroskop, før man kan se de små figurer,« siger Kurt Gothelf.

Danmark først med 3D-figur

Han understreger, at det ikke er nyt, at forskerne er i stand til at bygge nano-figurer med DNA – det nye er amerikanernes byggemetode.

I virkeligheden var det en forskergruppe fra Aarhus Universitet, som første gang opbyggede en tredimensionel nano-figur med DNA. Figuren blev fremstillet i 2009, og det var en lillebitte kasse på 42 x 36 x 36 nanometer – en nanometer svarer til 0,000001 millimeter.

Selvom kassen altså var ekstremt lille, havde forskerne formået at give den et låg, som kunne åbnes og lukkes. Kurt Gothelf var en af de danske forskere, som stod bag verdens første nano-kasse, og han forklarer, at dengang var bygge-metoden langt mere besværlig, end med den nye, amerikanske metode.

Danskerne var nemlig nødt til at anvende en lang, naturlig DNA-streng, som den ”bærende sokkel” i deres kasse. Herefter kunne små, kunstigt fremstillede DNA-strenge binde sig fast til soklen – og til sidst fremkom den færdige kasse.

Ikke brug for naturligt DNA

”Med den gamle metode var det mere besværligt at designe en ny struktur. Vi var begrænsede af, at vi kun kunne bruge lange, naturlige DNA-strenge, og vi skulle starte helt forfra, hver gang der skulle designes noget nyt. På den måde tog det hele længere tid,” siger professor Kurt Gothelf og tilføjer, at den gamle byggemetode kaldes DNA- oOrigami.

Med amerikanernes nyopfundne byggemetode behøver forskerne ikke længere at finde frem til en lang, naturlig DNA-streng, som kan udgøre den bærende sokkel i deres figurer. De amerikanske forskere bruger nemlig udelukkende små, syntetiske stykker DNA som byggeklodser.

Brug for mere forskning

»Nu har vi altså fået vist, at det kan lade sig gøre at bygge på denne her måde. Men faktisk har vi ikke nogen forklaring på, hvorfor det overhovedet er muligt. Der er flere ting, som vi simpelthen ikke forstår endnu,« siger Kurt Gothelf.

Dermed skal der altså mere forskning til, før forskerne ved, hvorfor deres nye byggemetode virker.

Nano-forskerne bag den nye metode kommer fra det amerikanske Harvard University og Massachusetts Institute of Technology.