Jul 1

Warum DNA Origami auf künftigen Raumfahrt Missionen nützlich sein könnten

Letzte Woche haben wir erklärt, wieso das Nanomaterial DNA Origami sehr interessant für die Raumfahrt ist: Eigenschaften wir geringes Gewicht, nachwachsender Rohstoff und vielfältige Baumöglichkeiten mit dem immer gleichen Grundmaterial machen es zu einem heißen Kandidaten für die Raumfahrt. Wir wollen dieses Material das allererste Mal im All testen, um zu sehen wie es sich verhält und ob es überhaupt Weltraum geeignet ist.

In diesem Blogbeitrag wollen wir euch zeigen, welche Einsatzmöglichkeiten DNA Origami in der Raumfahrt haben könnten.

DNA Origami als Biosensoren

Biosensoren können beispielsweise zur Untersuchung von Genmutationen, zum Nachweis pathogener Mikroorganismen oder zur Überwachung der Luftqualität eingesetzt werden. 

Die Verwendung der gleichen Technologie für all diese sehr wichtigen Themen wäre ein großer Vorteil im All, da nicht so viel Material mitgenommen werden muss.

 Mit Hilfe von DNA-Origami-Sensoren wäre dies möglich: viele verschiedene Sensoren könnten mit den gleichen Rohstoffen gebaut werden. Die Nanometergenauigkeit von DNA-Origami ermöglicht eine präzise Platzierung verschiedener Sensorelemente in komplexen Konfigurationen, und die bottom-up-Selbstassemblierung, macht die Produktion wesentlich einfacher als vergleichbare Top-down-Ansätze. DNA-Origami Nanostrukturen sind besonders nützlich für die Biosensorik von Einzelmolekülen, was extrem niedrige Nachweisgrenzen ermöglicht. 

In Zukunft könnten beispielsweise DNA-Origami-Sensoren eingesetzt werden, um kleinste Mengen an Biomolekülen im Blut nachzuweisen.

DNA Origami als Wirkstoff-Transporter

DNA-Nanostrukturen haben wesentliche Merkmale eines effektiven, anpassbaren Medikamenten Transportsystems: 1.) gute Biokompatibilität, 2.) volle Anpassbarkeit und 3.) Kontrolle über Größe, Form und Oberflächenchemie.

Die Anpassbarkeit vor Ort ist für Raumfahrtmissionen sehr wichtig, da jede Autonomie von den auf der Erde produzierten Produkten geringere Kosten und keine Wartezeiten bedeutet.

Mit der DNA-Origami-Technologie können winzige Objekte hergestellt werden, die als Transportmittel für eine Vielzahl von therapeutischen Ladungen, wie small molecules oder Proteine, verwendet werden können.

Der große Vorteil dieser Nanoträger ist, dass sie das Medikament ausschließlich am Einsatzort freisetzen und so der restliche Körper geschont wird.

Verwendung von DNA-Origami für Elektronik

„Wir möchten die sehr kleine Größe, die Fähigkeit zur Basenpaarung und die Fähigkeit zur Selbstassemblierung der DNA nutzen und sie dazu anleiten, Strukturen herzustellen, die für  Elektronik-Herstellung verwendet werden können“, Adam T. Woolley.

DNA-Origami Kristalle könnten verwendet werden, um nanoelektronische Komponenten in zwei- oder dreidimensionalen Anordnungen zusammenzusetzen. Es hat sich gezeigt, dass DNA metallische Nanopartikel sehr gut organisiert und somit für die nanoelektronische Montage verwendet werden kann. Die Aufnahme von elektronischen Komponenten in hoch geordnete Arrays ermöglicht die Bildung von nanoelektronischen Schaltungen!

Es wurde gezeigt, dass elektrischer Strom durch vergoldete Nanodrähte geleitet werden kann, die aus DNA-Einzelsträngen zusammengesetzt wurden (Teschome et. Al, Langmuir, 2016). Diese DNA-Drähte können sich dann selbst zu Stromkreisen zusammensetzen (Abbildung 2).

Abbildung 2: Gold „DNA Nanodrähte“ Credits: Seeker.com

In Zukunft könnten sehr kleine Transistoren, die Bausteine eines Computers, mit Hilfe von DNA-Origami zusammengestellt werden. Dieses Verfahren ist kostengünstig, leicht und produziert keine Abfälle. Dadurch, dass sich DNA-Origami selber zusammensetzen, können so wesentlich kleinere elektronische Komponenten gebaut werden als mit momentan verwendeten Methoden.

Trotz dieser vielen spannenden Errungenschaften ist DNA Origami eine relativ neue Technologie und DNA-Origami basierte Anwendungen haben noch einen relativ langen Weg vor sich, bevor sie für reale Probleme und Raumfahrtmissionen eingesetzt werden können. 

Die Analyse des Verhaltens dieses relativ neuen Materials im Weltraum ist jedoch ein wesentlicher Schritt, um herauszufinden, ob und wie man es für zukünftige Raumfahrtmissionen nutzen kann. 

Eure Space Origami Crew

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