우리는 DNA를 생명의 유전자 청사진으로 알고 있습니다. DNA는 화학적으로 합성되어 나노 스케일 구조 및 장치를 구축하는 데 사용될 수 있습니다. DNA 기반 나노 디바이스는 다른 분자, pH, 온도 및 이온 성 조건과 같은 신호에 반응 할 수 있으며 바이오 센서로도 사용될 수 있습니다.
일부 DNA 나노 디바이스는 발생한 분자 사건에 대해 알려주는 시각적 출력을 제공하도록 설계되었습니다. 예를 들어, 과학자들은 이전에 원자력 현미경 (AFM)을 사용하여 단일 뉴클레오티드 다형성 (이상을 유발하는 DNA 서열 변이)을 알파벳 특성으로 표시하고 나노 스케일 디지털 디스플레이에 표시되는 곱셈과 같은 간단한 수학을 계산했습니다. 최근 연구에서, 형태 변화 DNA 나노 구조는 특정 입력 DNA 가닥을 인식하고 반응하는데 사용되며, 결과 출력은 겔 전기 영동을 사용하여 그래픽으로 표시됩니다.
.이 연구에 사용 된 DNA 나노 스위치에는 두 가지 상태가 있습니다. "꺼짐"상태는 짧은 보완 골수 올리고 뉴클레오티드로 혼성화 된 긴 단일 가닥 (~ 7 킬로 베스)에 의해 형성된 선형 듀플렉스이다. 골격 올리고 뉴클레오티드 중 2 개는 다른 DNA 가닥 (입력 데이터 가닥)에 부분적으로 보완 된 단일 가닥 확장을 함유하도록 변형 될 수있다. 입력 가닥의 Nanoswitch에 대한 결합은 겔에서 쉽게 식별 할 수있는 루프 "온"상태를 만듭니다 (그림 참조)
DNA 나노 스위치는 프로그래밍 가능합니다. 주소 사이트는 스캐 폴드를 따라 어디서나 삽입 될 수 있으므로 다른 루프 크기 (젤의 다른 위치로 마이그레이션)가 생성됩니다. 여러 주소 사이트가있는 나노 스위치는 영숫자 문자를 저장하고 표시하기 위해 "DNA 픽셀"을 만드는 데 사용됩니다. 저장된 정보의 읽기는 일련의 비트가 특정 패턴 (예 :숫자 또는 문자)을 표시하는 디지털 디스플레이 회로에서 영감을 얻습니다. 이 다중 입력 나노 스위치는 다른 입력 분자를 인식 할 수 있습니다. 이러한 입력 DNA 가닥은 한 쌍의 주소 사이트에 상보 적 (즉, 결합 할 수 있음)입니다 (그림 참조). 이들 입력 DNA 가닥의 추가 특정 크기의 루프를 트리거하여 젤에 다른 대역이 생성됩니다.
이제 젤이 5 × 5 판독 매트릭스가있는 세그먼트 디스플레이 보드로 상상해보십시오. 여기서 각 루프 대역은 행렬에 "픽셀"을 제공합니다. 예를 들어, 특정 입력 가닥을 사용하여 3 개의 알파벳 문자 "R", "N"및 "A"를 트리거하고 표시했습니다 (아래 그림 참조). 이것은 DNA 종이 접기 플레이트로 만든 최근 Mona Lisa와 같은 픽셀 화 된 이미지 디스플레이는 아니지만,이 시스템의 주요 사용은 분자 반응을위한 간단한 디지털 출력에 있습니다.
.
우리는이 시스템을 사용하여“Hello, World”라는 단어를 이전에 인코딩하여 발톱 매개 가닥 변위 (완전히 상보적인 DNA 가닥을 사용하여 입력 가닥을 제거하는 경우)를 사용하여 동일한 시스템에서“Good Bye”를 다시 작성했습니다. 뚜렷한 주소 가닥 쌍을 가진 이러한 나노 스위치의 라이브러리는 진료 지점 바이오 센서와 DNA 바코드의 미래가 될 수 있습니다.
이러한 발견은 최근에 저널 Chembiochem에 발표 된 분자 신호의 그래픽 판독을위한 재구성 가능한 DNA 나노 스위치라는 제목의 기사에 설명되어있다. 이 기사에 설명 된 원래 연구는 Confer Health, Inc.의 Arun Richard Chandrasekaran이 수행했습니다.
