دیانای اوریگامی: تفاوت میان نسخه‌ها
بدون خلاصۀ ویرایش |
|||
| خط ۱: | خط ۱: | ||
'''دیانای اوریگامی''' به فناوری ساختن اشکالی خاص از مولکول [[دیانای]] در فضای دو یا سه بُعدی در مقیاس [[فناوری نانو|نانو]] گفته میشود. واژه [[اوریگامی]] در عنوان یاد‌آور هنر ساختن اشکال گوناگون با استفاده از کاغذ است با این تفاوت که در دیانای اوریگامی ماده اصلی‌ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد، رشته دیانای است. علت استفاده از رشته دیانای در این فناوری آن است که اجزا تشکیل‌دهنده دیانای که همان [[نوکلئوتید]]<nowiki/> های C, T, A و G می‌توانند دو‌به‌دو با یکدیگر یعنی A با T و C با G [[پیوند هیدروژنی|پیوند‌های هیدروژنی]] مستحکمی تشکیل دهند. این خاصیت مهم رشته دیانای در طراحی توالی‌های از آن که در دیانای اوریگامی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار حائز اهمیت است. دیانای ماده‌ی است که خواص گوناگون آن به خوبی شناخته شده است و از ویژگی‌های آن که در بالا نیز اشاره شد، استحکام بالا در ساختار خود است که این سبب میشود از آن به عنوان داربست‌هایی که مولکول‌های دیگر را در مکانی ثابت نگه می‌دارند و یا همچنین طراحی ساختارهای به تنهایی از آن که کارکرد‌های متفاوتی دارند، مورد استفاده قرار گیرد. |
'''دیانای اوریگامی''' به فناوری ساختن اشکالی خاص از مولکول [[دیانای]] در فضای دو یا سه بُعدی در مقیاس [[فناوری نانو|نانو]] گفته میشود. واژه [[اوریگامی]] در عنوان یاد‌آور هنر ساختن اشکال گوناگون با استفاده از کاغذ است با این تفاوت که در دیانای اوریگامی ماده اصلی‌ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد، رشته دیانای است. علت استفاده از رشته دیانای در این فناوری آن است که اجزا تشکیل‌دهنده دیانای که همان [[نوکلئوتید]]<nowiki/> های C, T, A و G می‌توانند دو‌به‌دو با یکدیگر یعنی A با T و C با G [[پیوند هیدروژنی|پیوند‌های هیدروژنی]] مستحکمی تشکیل دهند. این خاصیت مهم رشته دیانای در طراحی توالی‌های از آن که در دیانای اوریگامی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار حائز اهمیت است.<ref>{{Cite journal|last=Zadegan|first=Reza M.|last2=Norton|first2=Michael L.|date=2012|title=Structural DNA nanotechnology: from design to applications|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22837684|journal=International Journal of Molecular Sciences|volume=13|issue=6|pages=7149–7162|doi=10.3390/ijms13067149|issn=1422-0067|pmc=3397516|pmid=22837684}}</ref> دیانای ماده‌ی است که خواص گوناگون آن به خوبی شناخته شده است و از ویژگی‌های آن که در بالا نیز اشاره شد، استحکام بالا در ساختار خود است که این سبب میشود از آن به عنوان داربست‌هایی که مولکول‌های دیگر را در مکانی ثابت نگه می‌دارند و یا همچنین طراحی ساختارهای به تنهایی از آن که کارکرد‌های متفاوتی دارند، مورد استفاده قرار گیرد. |
||
[[پرونده:DNA Origami Triangular.png|alt=تصویر اسکن شده از روی ریزآرایه دیانای اوریگامی که به شکل مثلثی ساختار‌دهی شده‌اند.|بندانگشتی|457x457پیکسل|تصویر اسکن شده از روی [[ریزآرایه دیانای|ریزآرایه]] دیانای اوریگامی که به شکل مثلثی ساختار‌دهی شده‌اند.]] |
[[پرونده:DNA Origami Triangular.png|alt=تصویر اسکن شده از روی ریزآرایه دیانای اوریگامی که به شکل مثلثی ساختار‌دهی شده‌اند.|بندانگشتی|457x457پیکسل|تصویر اسکن شده از روی [[ریزآرایه دیانای|ریزآرایه]] دیانای اوریگامی که به شکل مثلثی ساختار‌دهی شده‌اند.]] |
||
| خط ۵: | خط ۵: | ||
== تاریخچه == |
== تاریخچه == |
||
ایده‌ی استفاده از رشته دیانای به عنوان ماده اولیه برای ساختن اشکال و ساختارهای متفاوت، برای اولین بار در دهه ۸۰ میلادی توسط [[نادریان سیمن]] مطرح شد اما روشی که در حال حاضر برای ساختن دیانای اوریگامی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد توسط [[پاول روثموند]] از [[مؤسسه فناوری کالیفرنیا|موسسه فناوری کالیفرنیا]] بیان شد. فناوری دیانای اوریگامی که برای اولین بار به عنوان داستان مجله معتبر [[نیچر]] در سال ۲۰۰۶ مورد بررسی قرار گرفته بود تا به امروز پیشرفت‌های بسیاری کرده است و کاربر‌های گوناگونی از آن مشخص شده است. |
ایده‌ی استفاده از رشته دیانای به عنوان ماده اولیه برای ساختن اشکال و ساختارهای متفاوت، برای اولین بار در دهه ۸۰ میلادی توسط [[نادریان سیمن]] مطرح شد اما روشی که در حال حاضر برای ساختن دیانای اوریگامی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد توسط [[پاول روثموند]] از [[مؤسسه فناوری کالیفرنیا|موسسه فناوری کالیفرنیا]] بیان شد.<ref name=":0">{{Cite journal|last=Seeman|first=Nadrian C.|date=1982-11|title=Nucleic acid junctions and lattices|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0022519382900029|journal=Journal of Theoretical Biology|language=en|volume=99|issue=2|pages=237–247|doi=10.1016/0022-5193(82)90002-9}}</ref><ref name=":1">{{Cite journal|last=Rothemund|first=Paul W. K.|date=2006-03-16|title=Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16541064|journal=Nature|volume=440|issue=7082|pages=297–302|doi=10.1038/nature04586|issn=1476-4687|pmid=16541064}}</ref> فناوری دیانای اوریگامی که برای اولین بار به عنوان داستان مجله معتبر [[نیچر]] در سال ۲۰۰۶ مورد بررسی قرار گرفته بود تا به امروز پیشرفت‌های بسیاری کرده است و کاربر‌های گوناگونی از آن مشخص شده است.<ref>{{یادکرد وب|عنوان=Volume 440 Issue 7082, 16 March 2006|نشانی=https://www.nature.com/nature/volumes/440/issues/7082|وبگاه=www.nature.com|بازبینی=2019-07-26|کد زبان=en}}</ref> |
||
== نحوه ساختن دیانای اوریگامی == |
== نحوه ساختن دیانای اوریگامی == |
||
[[پرونده:DNA Origami.png|جایگزین=دیانای اوریگامی که با استفاده از دیانای ویروس ساخته شده است و با الکترون میکروکپی نمایش داده شده است.|بندانگشتی|دیانای اوریگامی که با استفاده از دیانای ویروس ساخته شده است و با الکترون میکروکپی نمایش داده شده است.]] |
[[پرونده:DNA Origami.png|جایگزین=دیانای اوریگامی که با استفاده از دیانای ویروس ساخته شده است و با الکترون میکروکپی نمایش داده شده است.|بندانگشتی|دیانای اوریگامی که با استفاده از دیانای ویروس ساخته شده است و با الکترون میکروکپی نمایش داده شده است.<ref>{{Cite journal|last=Bai|first=Xiao-Chen|last2=Martin|first2=Thomas G.|last3=Scheres|first3=Sjors H. W.|last4=Dietz|first4=Hendrik|date=2012-12-04|title=Cryo-EM structure of a 3D DNA-origami object|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23169645|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|volume=109|issue=49|pages=20012–20017|doi=10.1073/pnas.1215713109|issn=1091-6490|pmc=3523823|pmid=23169645}}</ref>]] |
||
فرآیند ساختن اشکال دیانای اوریگامی شامل پیچ و تاب دادن به یک رشته بلند [[دیانای ویروس|دیانای ویرویس]] که معمولا دارای بلندی حدود ۷۳۰۰ زوج نوکلئوتید است و تعدادی رشته‌های کوتاه‌تر از دیانای که به عنوان "ستون" یا کمک برای حفظ شکل و ساختار رشته‌ی بلند مورد استفاده قرار می‌گیرند. این رشته‌های کوتاه‌تر به نواحی مختلف رشته‌ی دیانای بلندتر متصل می‌شوند و به عنوان پایه و ستون استفاده می‌شوند و در نتیجه‌ی این کار اشکال و ساختارهای متفاوتی را در فضا‌های دو یا سه بعدی ایجاد می‌کنند. مثال‌هایی از فرآیند ذکر شده را می‌توان در اشکال زیر مشاهده کرد: |
فرآیند ساختن اشکال دیانای اوریگامی شامل پیچ و تاب دادن به یک رشته بلند [[دیانای ویروس|دیانای ویرویس]] که معمولا دارای بلندی حدود ۷۳۰۰ زوج نوکلئوتید است و تعدادی رشته‌های کوتاه‌تر از دیانای که به عنوان "ستون" یا کمک برای حفظ شکل و ساختار رشته‌ی بلند مورد استفاده قرار می‌گیرند. این رشته‌های کوتاه‌تر به نواحی مختلف رشته‌ی دیانای بلندتر متصل می‌شوند و به عنوان پایه و ستون استفاده می‌شوند و در نتیجه‌ی این کار اشکال و ساختارهای متفاوتی را در فضا‌های دو یا سه بعدی ایجاد می‌کنند. <ref>{{Cite journal|last=Douglas|first=Shawn M.|last2=Dietz|first2=Hendrik|last3=Liedl|first3=Tim|last4=Högberg|first4=Björn|last5=Graf|first5=Franziska|last6=Shih|first6=William M.|date=2009-05-21|title=Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19458720|journal=Nature|volume=459|issue=7245|pages=414–418|doi=10.1038/nature08016|issn=1476-4687|pmc=2688462|pmid=19458720}}</ref> |
||
مثال‌هایی از فرآیند ذکر شده را می‌توان در اشکال زیر مشاهده کرد: |
|||
[[پرونده:Lattice-free-prediction-of-three-dimensional-structure-of-programmed-DNA-assemblies-ncomms6578-s4.ogv|بندانگشتی|333x333پیکسل|دیانای اوریگامی حلقه‌ای در ۳ بعد|وسط]] |
[[پرونده:Lattice-free-prediction-of-three-dimensional-structure-of-programmed-DNA-assemblies-ncomms6578-s4.ogv|بندانگشتی|333x333پیکسل|دیانای اوریگامی حلقه‌ای در ۳ بعد|وسط]] |
||
به منظور اینکه ساختار و یا الگو موردنظر خود را با استفاده از رشته‌ی دیانای تولید کنیم، ابتدا باید ساختار موردنظر خود از دیانای را با تکنیک [[raster fill]] در دو یا سه بعد رسم کنیم سپس با استفاده از نرم‌افزار‌ی مانند caDNAno که بر اساس برنامه‌ی کامپیوتری CAD توسعه یافته است، مکان‌هایی را که هر یک از "ستون"ها (رشته دی‌ان‌ان‌های کوتاه‌تر) باید بر روی رشته دیانای بلندتر قرار گیرند، مشخص میشود. هر یک از این ستون‌ها باید بر روی ناحیه‌ی خاصی از دیانای متصل شوند. توالی‌های ستون‌ها باید از قبل طراحی و مشخص شوند زیرا هر ستون طبق [[جفت‌باز|Watson-Crick base pairing]] قابلیت اتصال به یک سری الگو‌های خاص از رشته دیانای را دارد. رشته دیانای در ابتدا مخلوط سپس گرم شده و ستون‌های طراحی شده به نواحی موردنظرشان متصل می‌شوند و در انتها سرد میشود. با سرد شدن رشته دیانای ستون‌ها در مکان‌هایشان مستحکم می‌شوند و ساختار موردنظر را تشکیل می‌‌دهند. طراحی نهایی با روش‌های گوناگونی مانند [[میکروسکوپ الکترونی]]، [[میکروسکوپ نیروی اتمی]] و یا [[میکروسکوپ فلوئورسانس]] قابل مشاهده است. |
به منظور اینکه ساختار و یا الگو موردنظر خود را با استفاده از رشته‌ی دیانای تولید کنیم، ابتدا باید ساختار موردنظر خود از دیانای را با تکنیک [[raster fill]] در دو یا سه بعد رسم کنیم سپس با استفاده از نرم‌افزار‌ی مانند caDNAno که بر اساس برنامه‌ی کامپیوتری CAD توسعه یافته است، مکان‌هایی را که هر یک از "ستون"ها (رشته دی‌ان‌ان‌های کوتاه‌تر) باید بر روی رشته دیانای بلندتر قرار گیرند، مشخص میشود.<ref>{{Cite journal|last=Douglas|first=Shawn M.|last2=Marblestone|first2=Adam H.|last3=Teerapittayanon|first3=Surat|last4=Vazquez|first4=Alejandro|last5=Church|first5=George M.|last6=Shih|first6=William M.|date=2009-8|title=Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19531737|journal=Nucleic Acids Research|volume=37|issue=15|pages=5001–5006|doi=10.1093/nar/gkp436|issn=1362-4962|pmc=2731887|pmid=19531737}}</ref><ref name=":0" /> هر یک از این ستون‌ها باید بر روی ناحیه‌ی خاصی از دیانای متصل شوند. توالی‌های ستون‌ها باید از قبل طراحی و مشخص شوند زیرا هر ستون طبق [[جفت‌باز|Watson-Crick base pairing]] قابلیت اتصال به یک سری الگو‌های خاص از رشته دیانای را دارد. رشته دیانای در ابتدا مخلوط سپس گرم شده و ستون‌های طراحی شده به نواحی موردنظرشان متصل می‌شوند و در انتها سرد میشود. با سرد شدن رشته دیانای ستون‌ها در مکان‌هایشان مستحکم می‌شوند و ساختار موردنظر را تشکیل می‌‌دهند. طراحی نهایی با روش‌های گوناگونی مانند [[میکروسکوپ الکترونی]]، [[میکروسکوپ نیروی اتمی]] و یا [[میکروسکوپ فلوئورسانس]] قابل مشاهده است.<ref name=":1" /> |
||
روش‌های [[خودسامانی]] پایین به بالا (bottom-up) که ارزان هستند و قابلیت تولید موازی ساختارهای نانو را دارند، جایگزین‌های مناسبی برای روشی که در بالا گفته شد، هستند. |
روش‌های [[خودسامانی]] پایین به بالا (bottom-up) که ارزان هستند و قابلیت تولید موازی ساختارهای نانو را دارند، جایگزین‌های مناسبی برای روشی که در بالا گفته شد، هستند. |
||
== کاربرد‌ها == |
== کاربرد‌ها == |
||
کاربردهای متفاوتی که قابلیت عملی‌سازی را دارند در زمینه دیانای اوریگامی پیشنهاد شده است که شامل عدم تحریک آنزیم‌ها، سیستم انتقال‌دهنده دارو در بدن و یا نقش‌های در فناوری‌های نانو به عنوان ماده خودسامانده است. اگرچه شاید دیانای به دلیل ساختار مستحکم و قابلیت انطباقش در برابر واکنش‌های کاتالیستی، اولین انتخاب برای ساختن ساختارهای فعال و نانورباتیک‌ها نباشد اما مقالات جدید احتمال قابلیت حرکت و تغییر در دیانای اوریگامی‌ها را به منظور محاسبات الگوریتمی آزمایش کرده‌اند. در ادامه به برخی از کاربردهای دیانای اریگامی که در موسسات تحقیقاتی بدان دست پیدا کرده‌اند را بیان می‌کنیم: |
کاربردهای متفاوتی که قابلیت عملی‌سازی را دارند در زمینه دیانای اوریگامی پیشنهاد شده است که شامل عدم تحریک آنزیم‌ها، سیستم انتقال‌دهنده دارو در بدن و یا نقش‌های در فناوری‌های نانو به عنوان ماده خودسامانده است. اگرچه شاید دیانای به دلیل ساختار مستحکم و قابلیت انطباقش در برابر واکنش‌های کاتالیستی، اولین انتخاب برای ساختن ساختارهای فعال و نانورباتیک‌ها نباشد اما مقالات جدید احتمال قابلیت حرکت و تغییر در دیانای اوریگامی‌ها را به منظور محاسبات الگوریتمی آزمایش کرده‌اند.<ref>{{Cite journal|last=Lin|first=Chenxiang|last2=Liu|first2=Yan|last3=Rinker|first3=Sherri|last4=Yan|first4=Hao|date=2006-08-11|title=DNA tile based self-assembly: building complex nanoarchitectures|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16832805|journal=Chemphyschem: A European Journal of Chemical Physics and Physical Chemistry|volume=7|issue=8|pages=1641–1647|doi=10.1002/cphc.200600260|issn=1439-4235|pmid=16832805}}</ref> در ادامه به برخی از کاربردهای دیانای اریگامی که در موسسات تحقیقاتی بدان دست پیدا کرده‌اند را بیان می‌کنیم: |
||
محققان [[دانشگاه هاروارد]] با استفاده از تکنولوژی دیانای اوریگامی قادر به ساخت سیستم انتقال‌دهنده دارویی خودسامانده و خودتخریب‌گر شده در مرحله تست در آزمایشگاه شده‌اند. این سیستم انتقال‌دهنده به شکلی کار می‌کند که پروتئینی که باعث بیماری شده است را جستجو و تشخیص می‌دهد و به محض تشخیص درست آن دارو را منتشر می‌کند. اولین بیماری‌هایی که محققان بر روی آن آزمایش کردند [[سرطان خون]] و [[لنفوم]] بود. |
محققان [[دانشگاه هاروارد]] با استفاده از تکنولوژی دیانای اوریگامی قادر به ساخت سیستم انتقال‌دهنده دارویی خودسامانده و خودتخریب‌گر شده در مرحله تست در آزمایشگاه شده‌اند. این سیستم انتقال‌دهنده به شکلی کار می‌کند که پروتئینی که باعث بیماری شده است را جستجو و تشخیص می‌دهد و به محض تشخیص درست آن دارو را منتشر می‌کند. اولین بیماری‌هایی که محققان بر روی آن آزمایش کردند [[سرطان خون]] و [[لنفوم]] بود.<ref>{{یادکرد وب|عنوان=DNA origami could allow for 'autonomous' delivery|نشانی=https://www.fiercepharma.com/r-d/dna-origami-could-allow-for-autonomous-delivery|وبگاه=FiercePharma|بازبینی=2019-07-26|کد زبان=en}}</ref> |
||
نانوبات‌هایی که از دیانای اوریگامی‌ها ساخته شده اند نشان‌داده شده است که دارای ظرفیت محاسباتی و قابلیت انجام وظایف از پیش برنامه‌ریزی شده در داخل ارگانیسم‌های زنده هستند. این تحقیقات توسط محققان دانشگاه هاروارد و دانشگاه برایلان انجام شده است. این محققان برای اثبات این حقیقیت، نانوبات‌هایی را وارد بدن سوسک زنده‌ای کردند و مسیر حرکت نانوبات‌های را مشخص کردند. این مسیر‌ها دقیقا به سلول هدف می‌رسیدند. تعامالات بین این نانوبات‌ها و کنترل آن‌ها معادل با سیستم‌های کامپیوتری است. پیچیدگی‌‌های عملیات‌های منظقی، اهداف و تصمیم‌گیری‌ها با افزایش تعداد نانوبات‌ها افزایش می‌یابد. |
نانوبات‌هایی که از دیانای اوریگامی‌ها ساخته شده اند نشان‌داده شده است که دارای ظرفیت محاسباتی و قابلیت انجام وظایف از پیش برنامه‌ریزی شده در داخل ارگانیسم‌های زنده هستند. این تحقیقات توسط محققان دانشگاه هاروارد و دانشگاه برایلان انجام شده است. این محققان برای اثبات این حقیقیت، نانوبات‌هایی را وارد بدن سوسک زنده‌ای کردند و مسیر حرکت نانوبات‌های را مشخص کردند. این مسیر‌ها دقیقا به سلول هدف می‌رسیدند. تعامالات بین این نانوبات‌ها و کنترل آن‌ها معادل با سیستم‌های کامپیوتری است. پیچیدگی‌‌های عملیات‌های منظقی، اهداف و تصمیم‌گیری‌ها با افزایش تعداد نانوبات‌ها افزایش می‌یابد.<ref>{{Cite journal|last=Spickernell|first=Sarah|date=2014-4|title=DNA nanobots deliver drugs in living cockroaches|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0262407914607090|journal=New Scientist|language=en|volume=222|issue=2964|pages=11|doi=10.1016/S0262-4079(14)60709-0}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Amir|first=Yaniv|last2=Ben-Ishay|first2=Eldad|last3=Levner|first3=Daniel|last4=Ittah|first4=Shmulik|last5=Abu-Horowitz|first5=Almogit|last6=Bachelet|first6=Ido|date=2014-5|title=Universal computing by DNA origami robots in a living animal|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24705510|journal=Nature Nanotechnology|volume=9|issue=5|pages=353–357|doi=10.1038/nnano.2014.58|issn=1748-3395|pmc=4012984|pmid=24705510}}</ref> |
||
== روش‌های مشابه == |
== روش‌های مشابه == |
||
یکی از ایده‌ها استفاده از روش‌های [[طراحی پروتئین]] به منظور بدست آوردن نتیجه‌ی مشابه‌ای که توسط فناوری دیانای اوریگامی بدست می‌آید. مححقان در حال کار بر روی [[طراحی منطقی]] [[تاشدگی پروتئین|تاشدگی‌های پروتئین]] هستند تا بتوانند الگو‌ها و اشکالی را بسازند که مشابه آن در فناوری دیانای اوریگامی تا به حال دیده شده‌اند. تمرکز اصلی تحقیقات بر روی طراحی تاشدگی‌های [[پروتئین]] بر سیستم انتقال دارو و متصل‌کردن آنتی‌بادی‌ها بر پروتئین‌ها متمرکز است. |
یکی از ایده‌ها استفاده از روش‌های [[طراحی پروتئین]] به منظور بدست آوردن نتیجه‌ی مشابه‌ای که توسط فناوری دیانای اوریگامی بدست می‌آید. مححقان در حال کار بر روی [[طراحی منطقی]] [[تاشدگی پروتئین|تاشدگی‌های پروتئین]] هستند تا بتوانند الگو‌ها و اشکالی را بسازند که مشابه آن در فناوری دیانای اوریگامی تا به حال دیده شده‌اند. تمرکز اصلی تحقیقات بر روی طراحی تاشدگی‌های [[پروتئین]] بر سیستم انتقال دارو و متصل‌کردن آنتی‌بادی‌ها بر پروتئین‌ها متمرکز است.<ref>{{Cite journal|last=Peplow|first=Mark|date=2013-04-28|title=Protein gets in on DNA's origami act|url=http://www.nature.com/articles/nature.2013.12882|journal=Nature|language=en|doi=10.1038/nature.2013.12882|issn=0028-0836}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Zadegan|first=Reza M.|last2=Norton|first2=Michael L.|date=2012|title=Structural DNA nanotechnology: from design to applications|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22837684|journal=International Journal of Molecular Sciences|volume=13|issue=6|pages=7149–7162|doi=10.3390/ijms13067149|issn=1422-0067|pmc=3397516|pmid=22837684}}</ref> |
||
== جستارهای وابسته == |
== جستارهای وابسته == |
||
نسخهٔ ۲۶ ژوئیهٔ ۲۰۱۹، ساعت ۰۰:۲۶
دیانای اوریگامی به فناوری ساختن اشکالی خاص از مولکول دیانای در فضای دو یا سه بُعدی در مقیاس نانو گفته میشود. واژه اوریگامی در عنوان یاد‌آور هنر ساختن اشکال گوناگون با استفاده از کاغذ است با این تفاوت که در دیانای اوریگامی ماده اصلی‌ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد، رشته دیانای است. علت استفاده از رشته دیانای در این فناوری آن است که اجزا تشکیل‌دهنده دیانای که همان نوکلئوتید های C, T, A و G می‌توانند دو‌به‌دو با یکدیگر یعنی A با T و C با G پیوند‌های هیدروژنی مستحکمی تشکیل دهند. این خاصیت مهم رشته دیانای در طراحی توالی‌های از آن که در دیانای اوریگامی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار حائز اهمیت است.[۱] دیانای ماده‌ی است که خواص گوناگون آن به خوبی شناخته شده است و از ویژگی‌های آن که در بالا نیز اشاره شد، استحکام بالا در ساختار خود است که این سبب میشود از آن به عنوان داربست‌هایی که مولکول‌های دیگر را در مکانی ثابت نگه می‌دارند و یا همچنین طراحی ساختارهای به تنهایی از آن که کارکرد‌های متفاوتی دارند، مورد استفاده قرار گیرد.
مطالعات انجام شده بر روی دیانای اوریگامی، کاربردهای گوناگونی از آن را بدست آورده‌اند که می‌توان از بین آن‌ها به نقش دیانای اوریگامی در سیستم انتقال‌دهنده دارو در بدن بیمار و یا کاربرد آن در مدارات انتقال‌دهنده جریان در سیستم‌های پلاسمونی اشاره کرد. با این حال بیشتر کاربرد‌ها و استفاده‌هایی که می‌توان برای دیانای اوریگامی متصور بود در مرحله ایده‌پردازی و یا تست قرار دارند.
تاریخچه
ایده‌ی استفاده از رشته دیانای به عنوان ماده اولیه برای ساختن اشکال و ساختارهای متفاوت، برای اولین بار در دهه ۸۰ میلادی توسط نادریان سیمن مطرح شد اما روشی که در حال حاضر برای ساختن دیانای اوریگامی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد توسط پاول روثموند از موسسه فناوری کالیفرنیا بیان شد.[۲][۳] فناوری دیانای اوریگامی که برای اولین بار به عنوان داستان مجله معتبر نیچر در سال ۲۰۰۶ مورد بررسی قرار گرفته بود تا به امروز پیشرفت‌های بسیاری کرده است و کاربر‌های گوناگونی از آن مشخص شده است.[۴]
نحوه ساختن دیانای اوریگامی
فرآیند ساختن اشکال دیانای اوریگامی شامل پیچ و تاب دادن به یک رشته بلند دیانای ویرویس که معمولا دارای بلندی حدود ۷۳۰۰ زوج نوکلئوتید است و تعدادی رشته‌های کوتاه‌تر از دیانای که به عنوان "ستون" یا کمک برای حفظ شکل و ساختار رشته‌ی بلند مورد استفاده قرار می‌گیرند. این رشته‌های کوتاه‌تر به نواحی مختلف رشته‌ی دیانای بلندتر متصل می‌شوند و به عنوان پایه و ستون استفاده می‌شوند و در نتیجه‌ی این کار اشکال و ساختارهای متفاوتی را در فضا‌های دو یا سه بعدی ایجاد می‌کنند. [۶]
مثال‌هایی از فرآیند ذکر شده را می‌توان در اشکال زیر مشاهده کرد:
به منظور اینکه ساختار و یا الگو موردنظر خود را با استفاده از رشته‌ی دیانای تولید کنیم، ابتدا باید ساختار موردنظر خود از دیانای را با تکنیک raster fill در دو یا سه بعد رسم کنیم سپس با استفاده از نرم‌افزار‌ی مانند caDNAno که بر اساس برنامه‌ی کامپیوتری CAD توسعه یافته است، مکان‌هایی را که هر یک از "ستون"ها (رشته دی‌ان‌ان‌های کوتاه‌تر) باید بر روی رشته دیانای بلندتر قرار گیرند، مشخص میشود.[۷][۲] هر یک از این ستون‌ها باید بر روی ناحیه‌ی خاصی از دیانای متصل شوند. توالی‌های ستون‌ها باید از قبل طراحی و مشخص شوند زیرا هر ستون طبق Watson-Crick base pairing قابلیت اتصال به یک سری الگو‌های خاص از رشته دیانای را دارد. رشته دیانای در ابتدا مخلوط سپس گرم شده و ستون‌های طراحی شده به نواحی موردنظرشان متصل می‌شوند و در انتها سرد میشود. با سرد شدن رشته دیانای ستون‌ها در مکان‌هایشان مستحکم می‌شوند و ساختار موردنظر را تشکیل می‌‌دهند. طراحی نهایی با روش‌های گوناگونی مانند میکروسکوپ الکترونی، میکروسکوپ نیروی اتمی و یا میکروسکوپ فلوئورسانس قابل مشاهده است.[۳]
روش‌های خودسامانی پایین به بالا (bottom-up) که ارزان هستند و قابلیت تولید موازی ساختارهای نانو را دارند، جایگزین‌های مناسبی برای روشی که در بالا گفته شد، هستند.
کاربرد‌ها
کاربردهای متفاوتی که قابلیت عملی‌سازی را دارند در زمینه دیانای اوریگامی پیشنهاد شده است که شامل عدم تحریک آنزیم‌ها، سیستم انتقال‌دهنده دارو در بدن و یا نقش‌های در فناوری‌های نانو به عنوان ماده خودسامانده است. اگرچه شاید دیانای به دلیل ساختار مستحکم و قابلیت انطباقش در برابر واکنش‌های کاتالیستی، اولین انتخاب برای ساختن ساختارهای فعال و نانورباتیک‌ها نباشد اما مقالات جدید احتمال قابلیت حرکت و تغییر در دیانای اوریگامی‌ها را به منظور محاسبات الگوریتمی آزمایش کرده‌اند.[۸] در ادامه به برخی از کاربردهای دیانای اریگامی که در موسسات تحقیقاتی بدان دست پیدا کرده‌اند را بیان می‌کنیم:
محققان دانشگاه هاروارد با استفاده از تکنولوژی دیانای اوریگامی قادر به ساخت سیستم انتقال‌دهنده دارویی خودسامانده و خودتخریب‌گر شده در مرحله تست در آزمایشگاه شده‌اند. این سیستم انتقال‌دهنده به شکلی کار می‌کند که پروتئینی که باعث بیماری شده است را جستجو و تشخیص می‌دهد و به محض تشخیص درست آن دارو را منتشر می‌کند. اولین بیماری‌هایی که محققان بر روی آن آزمایش کردند سرطان خون و لنفوم بود.[۹]
نانوبات‌هایی که از دیانای اوریگامی‌ها ساخته شده اند نشان‌داده شده است که دارای ظرفیت محاسباتی و قابلیت انجام وظایف از پیش برنامه‌ریزی شده در داخل ارگانیسم‌های زنده هستند. این تحقیقات توسط محققان دانشگاه هاروارد و دانشگاه برایلان انجام شده است. این محققان برای اثبات این حقیقیت، نانوبات‌هایی را وارد بدن سوسک زنده‌ای کردند و مسیر حرکت نانوبات‌های را مشخص کردند. این مسیر‌ها دقیقا به سلول هدف می‌رسیدند. تعامالات بین این نانوبات‌ها و کنترل آن‌ها معادل با سیستم‌های کامپیوتری است. پیچیدگی‌‌های عملیات‌های منظقی، اهداف و تصمیم‌گیری‌ها با افزایش تعداد نانوبات‌ها افزایش می‌یابد.[۱۰][۱۱]
روش‌های مشابه
یکی از ایده‌ها استفاده از روش‌های طراحی پروتئین به منظور بدست آوردن نتیجه‌ی مشابه‌ای که توسط فناوری دیانای اوریگامی بدست می‌آید. مححقان در حال کار بر روی طراحی منطقی تاشدگی‌های پروتئین هستند تا بتوانند الگو‌ها و اشکالی را بسازند که مشابه آن در فناوری دیانای اوریگامی تا به حال دیده شده‌اند. تمرکز اصلی تحقیقات بر روی طراحی تاشدگی‌های پروتئین بر سیستم انتقال دارو و متصل‌کردن آنتی‌بادی‌ها بر پروتئین‌ها متمرکز است.[۱۲][۱۳]
جستارهای وابسته
- آران‌ای اوریگامی
- نانوفناوری دیانای
- خودسامان‌دهی مولکولی
- طراحی بالا به پایین و پایین به بالا
- نانورباتیک
منابع
- ↑ Zadegan, Reza M.; Norton, Michael L. (2012). "Structural DNA nanotechnology: from design to applications". International Journal of Molecular Sciences. 13 (6): 7149–7162. doi:10.3390/ijms13067149. ISSN 1422-0067. PMC 3397516. PMID 22837684.
- ↑ ۲٫۰ ۲٫۱ Seeman, Nadrian C. (1982-11). "Nucleic acid junctions and lattices". Journal of Theoretical Biology (به انگلیسی). 99 (2): 237–247. doi:10.1016/0022-5193(82)90002-9.
{{cite journal}}: Check date values in:|date=(help) - ↑ ۳٫۰ ۳٫۱ Rothemund, Paul W. K. (2006-03-16). "Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns". Nature. 440 (7082): 297–302. doi:10.1038/nature04586. ISSN 1476-4687. PMID 16541064.
- ↑ "Volume 440 Issue 7082, 16 March 2006". www.nature.com (به انگلیسی). Retrieved 2019-07-26.
- ↑ Bai, Xiao-Chen; Martin, Thomas G.; Scheres, Sjors H. W.; Dietz, Hendrik (2012-12-04). "Cryo-EM structure of a 3D DNA-origami object". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (49): 20012–20017. doi:10.1073/pnas.1215713109. ISSN 1091-6490. PMC 3523823. PMID 23169645.
- ↑ Douglas, Shawn M.; Dietz, Hendrik; Liedl, Tim; Högberg, Björn; Graf, Franziska; Shih, William M. (2009-05-21). "Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes". Nature. 459 (7245): 414–418. doi:10.1038/nature08016. ISSN 1476-4687. PMC 2688462. PMID 19458720.
- ↑ Douglas, Shawn M.; Marblestone, Adam H.; Teerapittayanon, Surat; Vazquez, Alejandro; Church, George M.; Shih, William M. (2009-8). "Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno". Nucleic Acids Research. 37 (15): 5001–5006. doi:10.1093/nar/gkp436. ISSN 1362-4962. PMC 2731887. PMID 19531737.
{{cite journal}}: Check date values in:|date=(help) - ↑ Lin, Chenxiang; Liu, Yan; Rinker, Sherri; Yan, Hao (2006-08-11). "DNA tile based self-assembly: building complex nanoarchitectures". Chemphyschem: A European Journal of Chemical Physics and Physical Chemistry. 7 (8): 1641–1647. doi:10.1002/cphc.200600260. ISSN 1439-4235. PMID 16832805.
- ↑ "DNA origami could allow for 'autonomous' delivery". FiercePharma (به انگلیسی). Retrieved 2019-07-26.
- ↑ Spickernell, Sarah (2014-4). "DNA nanobots deliver drugs in living cockroaches". New Scientist (به انگلیسی). 222 (2964): 11. doi:10.1016/S0262-4079(14)60709-0.
{{cite journal}}: Check date values in:|date=(help) - ↑ Amir, Yaniv; Ben-Ishay, Eldad; Levner, Daniel; Ittah, Shmulik; Abu-Horowitz, Almogit; Bachelet, Ido (2014-5). "Universal computing by DNA origami robots in a living animal". Nature Nanotechnology. 9 (5): 353–357. doi:10.1038/nnano.2014.58. ISSN 1748-3395. PMC 4012984. PMID 24705510.
{{cite journal}}: Check date values in:|date=(help) - ↑ Peplow, Mark (2013-04-28). "Protein gets in on DNA's origami act". Nature (به انگلیسی). doi:10.1038/nature.2013.12882. ISSN 0028-0836.
- ↑ Zadegan, Reza M.; Norton, Michael L. (2012). "Structural DNA nanotechnology: from design to applications". International Journal of Molecular Sciences. 13 (6): 7149–7162. doi:10.3390/ijms13067149. ISSN 1422-0067. PMC 3397516. PMID 22837684.
- مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «DNA origami». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۲۶ ژوئیه ۲۰۱۹.