डीएनए डिजाइनिंग सॉफ्टवेयर सौर कोशिकाओं के लिए नए नए साँचे बना सकता है: अध्ययन

टेम्पे: ड्यूक यूनिवर्सिटी और एरिजोना स्टेट यूनिवर्सिटी में शोध प्रयोगशालाओं से निकलने वाली छोटी नैनोस्केल संरचनाओं पर आश्चर्यचकित होने के साथ ही आप सबसे छोटे मिट्टी के बर्तनों की एक सूची को देखकर खुद को कल्पना करना आसान है।

हाल के एक शोध में टीमों के कुछ नवाचारों का खुलासा हुआ है जो "साइंस एडवांस" पत्रिका में प्रकाशित हुआ था: छोटे फूलदान, कटोरे, और खोखले गोले जो एक दूसरे के अंदर छिपे हुए थे जैसे रूसी घोंसले के शिकार गुड़िया के लिए सामान।

लेकिन उन्हें लकड़ी या मिट्टी से बनाने के बजाय, शोधकर्ताओं ने इन वस्तुओं को डीएनए के धागे जैसे अणुओं से डिज़ाइन किया, जो नैनोमीटर परिशुद्धता के साथ जटिल त्रि-आयामी वस्तुओं में मुड़े और मुड़े हुए थे।

ये रचनाएँ ड्यूक पीएचडी द्वारा विकसित एक नए ओपन-सोर्स सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम की संभावनाओं को प्रदर्शित करती हैं। छात्र डैन फू अपने सलाहकार जॉन रीफ के साथ। साइंस एडवांसेज जर्नल में 23 दिसंबर को वर्णित, सॉफ्टवेयर उपयोगकर्ताओं को गोल आकार के चित्र या डिजिटल मॉडल लेने देता है और उन्हें डीएनए से बने 3डी संरचनाओं में बदल देता है।

एरिजोना राज्य में प्रोफेसर हाओ यान की प्रयोगशाला में सह-लेखक रघु प्रदीप नारायणन और अभय प्रसाद द्वारा डीएनए नैनोस्ट्रक्चर को इकट्ठा और चित्रित किया गया था। प्रत्येक छोटी खोखली वस्तु एक इंच के दो मिलियनवें हिस्से से अधिक नहीं होती है। उनमें से 50,000 से अधिक एक पिन के सिर पर फिट हो सकते हैं।

लेकिन शोधकर्ताओं का कहना है कि ये केवल नैनो-मूर्तियां नहीं हैं। सॉफ्टवेयर शोधकर्ताओं को सौर कोशिकाओं, चिकित्सा इमेजिंग और अन्य अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट आकार के साथ धातु नैनोकणों को ढालने के लिए दवाओं या मोल्डों को वितरित करने के लिए छोटे कंटेनर बनाने की अनुमति दे सकता है।

अधिकांश लोगों के लिए, डीएनए जीवन का खाका है; सभी जीवित चीजों के लिए आनुवंशिक निर्देश, पेंगुइन से लेकर चिनार के पेड़ तक। लेकिन रीफ और यान जैसी टीमों के लिए, डीएनए आनुवंशिक जानकारी के वाहक से कहीं अधिक है - यह स्रोत कोड और निर्माण सामग्री है।

डीएनए के जेनेटिक कोड में चार "अक्षर" या आधार होते हैं, जो डीएनए सीढ़ी के पायदान बनाने के लिए हमारी कोशिकाओं में एक पूर्वानुमानित तरीके से जुड़ते हैं। यह डीएनए के इन सख्त बेस-पेयरिंग गुणों - ए के साथ टी, और सी के साथ जी - है कि शोधकर्ताओं ने सह-चयन किया है। विशिष्ट अनुक्रमों के साथ डीएनए स्ट्रैंड्स को डिजाइन करके, वे अलग-अलग आकृतियों में खुद को एक साथ रखने के लिए स्ट्रैंड्स को "प्रोग्राम" कर सकते हैं।

इस पद्धति में कुछ सौ छोटे डीएनए स्ट्रैंड्स की मदद से सिंगल-स्ट्रैंडेड डीएनए के एक या कुछ लंबे टुकड़ों को फोल्ड करना शामिल है, जो लंबे स्ट्रैंड्स पर पूरक अनुक्रमों को बांधते हैं और उन्हें जगह में "स्टेपल" करते हैं।

शोधकर्ता 1980 के दशक से एक निर्माण सामग्री के रूप में डीएनए के साथ प्रयोग कर रहे हैं। पहले 3डी आकार साधारण क्यूब्स, पिरामिड, सॉकर बॉल्स थे - मोटे और अवरुद्ध सतहों के साथ ज्यामितीय आकार। लेकिन प्रकृति में पाए जाने वाले घुमावदार सतहों के साथ संरचनाओं को डिजाइन करना मुश्किल हो गया है। टीम का उद्देश्य इस पद्धति से संभव आकृतियों की श्रेणी का विस्तार करना है।

ऐसा करने के लिए, फू ने DNAxiS नामक सॉफ्टवेयर विकसित किया। सॉफ्टवेयर 2011 में यान द्वारा वर्णित डीएनए के साथ निर्माण करने के तरीके पर निर्भर करता है, जो एरिजोना राज्य में संकाय में शामिल होने से पहले 20 साल पहले ड्यूक में रीफ के साथ पोस्टडॉक था। यह एक लंबे डीएनए डबल हेलिक्स को संकेंद्रित रिंगों में लपेटकर काम करता है जो वस्तु की आकृति बनाने के लिए एक दूसरे पर ढेर हो जाते हैं, जैसे मिट्टी के कॉइल का उपयोग करके बर्तन बनाना। संरचनाओं को मजबूत बनाने के लिए, टीम ने स्थिरता में वृद्धि के लिए अतिरिक्त परतों के साथ उन्हें मजबूत करना भी संभव बना दिया।

फू विभिन्न प्रकार के रूपों को दिखाता है जो वे बना सकते हैं: शंकु, लौकी, तिपतिया घास पत्ती के आकार। DNAxiS पहला सॉफ्टवेयर टूल है जो उपयोगकर्ताओं को एल्गोरिदम का उपयोग करके स्वचालित रूप से ऐसी आकृतियों को डिजाइन करने देता है, यह निर्धारित करने के लिए कि छोटे डीएनए "स्टेपल" को एक साथ लंबे डीएनए रिंगों में शामिल करने के लिए कहां रखा जाए और आकार को जगह पर रखा जाए।

"अगर बहुत कम हैं, या यदि वे गलत स्थिति में हैं, तो संरचना सही ढंग से नहीं बनेगी," फू ने कहा। "हमारे सॉफ़्टवेयर से पहले, आकृतियों की वक्रता ने इसे विशेष रूप से कठिन समस्या बना दिया था।"

मशरूम के आकार के एक मॉडल को देखते हुए, उदाहरण के लिए, कंप्यूटर डीएनए स्ट्रैंड्स की एक सूची बनाता है जो सही कॉन्फ़िगरेशन में स्वयं को इकट्ठा करेगा। रेफ ने कहा, एक बार किस्में संश्लेषित और टेस्ट ट्यूब में मिश्रित हो जाने के बाद, बाकी खुद का ख्याल रखती है: डीएनए मिश्रण को गर्म और ठंडा करके, 12 घंटों के भीतर "यह जादुई रूप से डीएनए नैनोस्ट्रक्चर में फोल्ड हो जाता है।"

शोधकर्ताओं ने कहा कि प्रयोगशाला या क्लिनिक में उनके डीएनए डिजाइन सॉफ्टवेयर के व्यावहारिक अनुप्रयोग अभी भी वर्षों दूर हो सकते हैं। लेकिन "यह उपन्यास तीन आयामी संरचनाओं के स्वचालित डिजाइन के मामले में एक बड़ा कदम है," रीफ ने कहा। (एएनआई)