나노기술 및 정책 정보

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LEGOS로 알려진 인기 있는 빌딩 블록에서 인상적인 건축 형태를 만들 수 있음. 필요한 것은 사실상 무한히 다양하고 복잡한 모양을 구성하는 어린이의 상상력임.

아리조나 주립대학교(Arizona State University) 연구팀이 레고와 같은 요소를 수십억 분의 1 미터 규모로 사용하는 기술을 설명함. 또한 각 레고 부품이 적절한 짝을 식별하고 원하는 나노구조를 완성하기 위해 정확한 순서로 연결되도록 이러한 디자인 요소를 결합하여 자가 조립할 수 있음을 보여줌. 새로운 연구에 설명된 기술은 컴퓨터에서 시뮬레이션 되었지만, 이 전략은 DNA 나노기술 분야에 공통적인 자가 조립 방법에 적용할 수 있음. 여기에서 각 레고 조각에 해당하는 것은 DNA로 만들어진 나노구조로 구성되어 있으며, 이는 우리의 유전 암호의 유명한 분자 저장소임. DNA를 구성하는 4 개의 뉴클레오티드 (일반적으로 A, C, T & G로 표시됨)는 신뢰할 수 있는 규칙에 따라 서로 달라붙음. A 뉴클레오티드는 항상 Ts와 짝을 이루고 C 뉴클레오티드와 Gs와 쌍을 이룸. 염기쌍 특성을 사용하면 연구자들이 마치 자동 조종 장치처럼 테스트 튜브에서 모양을 취할 수 있는 DNA 나노구조를 설계 할 수 있음. 빌딩 블록 간의 상호작용을 설계하는 방법은 엄청나게 많으며,이를 '조합 폭발(Combinatorial Explosion)' 이라고 함. 가능한 모든 빌딩블록 설계를 개별적으로 확인하고 원하는 구조로 자체 조립할 수 있는지 확인하는 것은 불가능함. 우리 작업에서는 가능한 솔루션의 공간을 효율적으로 검색하고 자신이 원하는 것을 찾을 수 있는 새로운 일반 프레임 워크를 제공함(원하는 모양으로 조립하고 원치 않는 다른 조립을 방지함.). 이 새로운 기술은 빠르게 발전하는 DNA 나노기술 분야에서 중요한 디딤돌이 되었으며, 여기서 자체 조립된 형태는 나노스케일 핀셋에서 암-사냥(Cancer-hunting) DNA 로봇에 이르기까지 모든 분야에 적용되고 있음.

인상적인 발전에도 불구하고 분자 자체 조립에 의존하는 건축 방법은 건축 자재의 의도하지 않은 결합과 경쟁해야했음. 의도된 디자인의 복잡성으로 인해 문제가 커짐. 많은 경우 연구자들은 특정 구조가 주어진 기본 구성 요소 세트에서 자체 조립되는 이유에 대해 당혹스러움. 이러한 프로세스의 이론적 기초는 여전히 잘 이해되지 않기 때문임. 이 문제를 해결하기 위해 Sulc와 동료들은 기본 쌍을 최종 구조의 설계 청사진에 나타나는 것으로 만 제한하고 대체 기본 쌍을 금지하는 영리한 색상 코딩 시스템을 발명했음. 이 프로세스는 맞춤 설계된 최적화 알고리즘을 통해 작동함. 여기서 의도한 형태의 자체 조립을 위한 올바른 색상 코드는 경쟁 구조를 제외하고 최소 에너지로 대상 구조를 생성함. 다음으로, 그들은 컴퓨터를 사용하여 포토닉스 분야에서 매우 중요한 두 가지 결정 형태인 파이로클로어와 큐빅 다이아몬드를 설계하는 시스템을 작동 시켰음. 저자는 이 혁신적인 방법이 모든 결정 구조에 적용 가능하다는 점에 주목함.

본 연구 성과는 ‘Physical Review Letters’ (“Designing Patchy Interactions to Self-Assemble Arbitrary Structures”) 지에 게재됨