Nanoteknologi DNA

Nanoteknologi DNA adalah bidang yang meliputi perancangan dan pembuatan struktur asam nukleat buatan untuk digunakan dalam teknologi. Dalam nanoteknologi DNA, asam nukleat digunakan sebagai bahan rekayasa non-biologi untuk nanoteknologi dan bukan dalam fungsi asalnya sebagai pembawa informasi genetis dalam sel hidup. Peneliti di bidang ini telah membuat struktur statik seperti kisi kristal, tabung nano, polihedron, dan bentuk-bentuk lainnya, serta membuat alat-alat seperti mesin molekuler dan komputer DNA. Bidang ini mulai digunakan sebagai alat untuk memecahkan masalah-masalah dalam sains murni yang terkait dengan biologi struktural dan biofisika, termasuk penggunaan dalam kristalografi sinar X dan spektroskopi resonansi magnet inti (NMR) terhadap protein untuk menentukan struktur molekul. Selain itu, penerapan bidang ilmu ini juga sedang diteliti untuk elektronika skala molekul maupun ilmu pengobatan nano.

Konsep dasar

Sifat asam nukleat

Nanoteknologi umumnya didefinisikan sebagai studi tentang materi dan perangkat dengan fitur pada skala di bawah 100 nanometer. Nanoteknologi DNA, khususnya, adalah contoh perakitan buatan biologi molekuler dengan pendekatan bawah ke atas, di mana komponen molekul secara spontan diatur ke dalam struktur yang stabil; bentuk khusus dari struktur ini diinduksi oleh sifat fisik dan kimia dari komponen yang dipilih oleh perancang.^[2] Dalam nanoteknologi DNA, bahan komponennya adalah untaian asam nukleat seperti DNA; untaian ini sering kali sintetis dan hampir selalu digunakan di luar konteks sel hidup. DNA sangat cocok untuk konstruksi skala nano karena pengikatan antara dua untai asam nukleat bergantung pada aturan pasangan basa sederhana yang sifatnya dipahami dengan baik, dan membentuk struktur skala nano spesifik dari heliks ganda asam nukleat. Kualitas ini membuat perakitan struktur asam nukleat mudah dikendalikan melalui rancangan asam nukleat. Sifat ini tidak ada dalam zat lain yang dapat menggunakan nanoteknologi, termasuk protein, yang desain molekutnya sangat sulit, dan nanopartikel, yang kurangnya kemampuan untuk perakitan sendiri.^[3]

Subbidang

Nanoteknologi DNA terkadang dibagi menjadi dua subbidang yang tumpang tindih: nanoteknologi DNA struktural dan nanoteknologi DNA dinamis. Nanoteknologi DNA struktural, kadang-kadang disingkat SDN, berfokus pada sintesis dan menggolongkan asam nukleat kompleks dan bahan yang terkumpul menjadi kesetimbangan yang statis. Di sisi lain, nanoteknologi DNA dinamis berfokus pada kompleksitas perilaku tidak setimbang seperti kemampuan untuk mengkonfigurasi ulang yang berdasarkan stimulus kimiawi atau fisik. Beberapa kompleks, seperti perangkat nanomekanis asam nukleat, menggabungkan fitur subbidang struktural dan dinamis.^[4]

Referensi

^ DNA polyhedra: Goodman, Russel P.; Schaap, Iwan A. T.; Tardin, C. F.; Erben, Christof M.; Berry, Richard M.; Schmidt, C.F.; Turberfield, Andrew J. (9 December 2005). "Rapid chiral assembly of rigid DNA building blocks for molecular nanofabrication". Science. 310 (5754): 1661–1665. Bibcode:2005Sci...310.1661G. doi:10.1126/science.1120367. PMID 16339440.
^ Pelesko, John A. (2007). Self-assembly: the science of things that put themselves together. New York: Chapman & Hall/CRC.hal 5, hal 7. ISBN 978-1-58488-687-7.
^ Seeman, Nadrian C. (2010). "Nanomaterials based on DNA". Annual Review of Biochemistry. 79: 65–87
It is clear that nature has provided a molecular basis for synthesizing molecules whose structures can be controlled with high precision outside the biological context. The properties of DNA may or may not be ideal for particular materials applications. However, there are large numbers of analogs (e.g., refs. 89, 90) whose features may be more suitable and might be used instead.
^ Zhang, D. Y.; Seelig, G. (February 2011). "Dynamic DNA nanotechnology using strand-displacement reactions". Nature Chemistry. 3 (2): 103–113.

Daftar pustaka

Umum:

Seeman, Nadrian C. (June 2004). "Nanotechnology and the double helix". Scientific American. 290 (6): 64–75. Bibcode:2004SciAm.290f..64S. doi:10.1038/scientificamerican0604-64. PMID 15195395. —An article written for laypeople by the founder of the field
Seeman, Nadrian C. (9 June 2010). "Structural DNA nanotechnology: growing along with Nano Letters". Nano Letters. 10 (6): 1971–1978. Bibcode:2010NanoL..10.1971S. doi:10.1021/nl101262u. PMC 2901229 . PMID 20486672. —A review of results in the period 2001–2010
Seeman, Nadrian C. (2010). "Nanomaterials based on DNA". Annual Review of Biochemistry. 79: 65–87. doi:10.1146/annurev-biochem-060308-102244. PMC 3454582 . PMID 20222824. —A more comprehensive review including both old and new results in the field
Service, Robert F. (3 June 2011). "DNA nanotechnology grows up". Science. 332 (6034): 1140–1143. doi:10.1126/science.332.6034.1140. PMID 21636754. and Service, R. F. (2011). "Next Step: DNA Robots?". Science. 332 (6034): 1142. doi:10.1126/science.332.6034.1142. PMID 21636755. .—A news article focusing on the history of the field and development of new applications
Zadegan, Reza M.; Norton, Michael L. (June 2012). "Structural DNA Nanotechnology: From Design to Applications". Int. J. Mol. Sci. 13 (6): 7149–7162. doi:10.3390/ijms13067149. PMC 3397516 . PMID 22837684. —A very recent and comprehensive review in the field

Tentang subbidang:

Bath, Jonathan; Turberfield, Andrew J. (5 May 2007). "DNA nanomachines". Nature Nanotechnology. 2 (5): 275–284. Bibcode:2007NatNa...2..275B. doi:10.1038/nnano.2007.104. PMID 18654284. —A review of nucleic acid nanomechanical devices
Feldkamp, Udo; Niemeyer, Christof M. (13 March 2006). "Rational design of DNA nanoarchitectures". Angewandte Chemie International Edition. 45 (12): 1856–76. doi:10.1002/anie.200502358. PMID 16470892. —A review coming from the viewpoint of secondary structure design
Lin, Chenxiang; Liu, Yan; Rinker, Sherri; Yan, Hao (11 August 2006). "DNA tile based self-assembly: building complex nanoarchitectures". ChemPhysChem. 7 (8): 1641–1647. doi:10.1002/cphc.200600260. PMID 16832805. —A minireview specifically focusing on tile-based assembly
Zhang, David Yu; Seelig, Georg (February 2011). "Dynamic DNA nanotechnology using strand-displacement reactions". Nature Chemistry. 3 (2): 103–113. Bibcode:2011NatCh...3..103Z. doi:10.1038/nchem.957. PMID 21258382. —A review of DNA systems making use of strand displacement mechanisms

[Goodman05-1] DNA polyhedra: Goodman, Russel P.; Schaap, Iwan A. T.; Tardin, C. F.; Erben, Christof M.; Berry, Richard M.; Schmidt, C.F.; Turberfield, Andrew J. (9 December 2005). "Rapid chiral assembly of rigid DNA building blocks for molecular nanofabrication". Science. 310 (5754): 1661–1665. Bibcode:2005Sci...310.1661G. doi:10.1126/science.1120367. PMID 16339440.

[2] Pelesko, John A. (2007). Self-assembly: the science of things that put themselves together. New York: Chapman & Hall/CRC.hal 5, hal 7. ISBN 978-1-58488-687-7.

[3] Seeman, Nadrian C. (2010). "Nanomaterials based on DNA". Annual Review of Biochemistry. 79: 65–87
It is clear that nature has provided a molecular basis for synthesizing molecules whose structures can be controlled with high precision outside the biological context. The properties of DNA may or may not be ideal for particular materials applications. However, there are large numbers of analogs (e.g., refs. 89, 90) whose features may be more suitable and might be used instead.

[4] Zhang, D. Y.; Seelig, G. (February 2011). "Dynamic DNA nanotechnology using strand-displacement reactions". Nature Chemistry. 3 (2): 103–113.

[1]

[2]

[3]

[4]