Khoa học tự nhiên

Ứng dụng mô hình tính toán trong điều khiển hình dạng, cấu trúc ADN, ARN (27/11/2015)

Các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học bang North Carolina đã sử dụng mô hình tính toán để làm sáng tỏ một cách chính xác các hạt nano vàng tích điện tác động như thế nào đến cấu trúc của các ADN và ARN, điều này có thể dẫn đến các phương pháp mới để thao tác các vật liệu di truyền.

Hình ảnh cho thấy mối liên kết của phối tử ankyl chức hóa các hạt nano vàng với các nhóm amin gắn thêm vào đuôi một proton làm tăng gấp đôi chuỗi ADN.

Công trình mang lại triển vọng cho việc phát triển các ứng dụng có thể lưu trữ và vận chuyển thông tin di truyền, tạo ra các cấu trúc giàn giáo tùy chỉnh cho các thiết bị điện tử sinh học và thiết kế các công nghệ vận chuyển thuốc mới.

Jessica Nash nghiên cứu sinh tiến sĩ là tác giả chính của công trình nghiên cứu cho biết, "trong tự nhiên, các đoạn ADN sắp xếp rất chặt trong từng tế bào sống". Điều này có thể thực hiện được bởi vì các chuỗi ADN quấn quanh một lõi protein mang điện tích dương gọi là histone. Các nhà nghiên cứu muốn tạo hình dáng ADN sử dụng một cách tiếp cận tương tự, họ đã thay thế histone bằng một hạt nano vàng tích điện. Sau đó nhóm nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật tính toán để xác định chính xác các điện tích khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến độ cong của các axit nucleic - ADN và ARN.

Trong mô hình của mình, các nhà nghiên cứu điều chỉnh điện tích của các hạt nano vàng bằng cách thêm hoặc loại bỏ các phối tử mang điện tích dương, đó là các phân tử hữu cơ gắn vào bề mặt của hạt nano. Điều đó cho phép họ xác định các axit nucleic phản ứng như thế nào với từng cấp độ điện tích. Qua đó cũng cho biết họ cần mức điện tích là bao nhiêu để đạt được độ cong mong muốn trong các axit nucleic.

Theo các nhà nghiên cứu cho biết, mặc dù trong mô hình trên họ sử dụng các phối tử, nhưng còn có những cách khác để điều chỉnh điện tích của các hạt nano. Ví dụ như, nếu các hạt nano và axit nucleic nằm trong dung dịch, có thể thay đổi điện tích bằng cách thay đổi nồng độ pH của dung dịch.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng vì nó đã cho thấy nghiên cứu tính toán đã phát triển ứng dụng trong khoa học vật liệu.

Các mô hình quy mô lớn trong nghiên cứu làm sáng tỏ từng nguyên tử tham gia vào quá trình này. Đây là một ví dụ cho thấy chúng ta có thể sử dụng phần cứng tính toán tiên tiến, chẳng hạn như các GPU (bộ xử lý đồ họa) vốn được phát triển để sử dụng trong các trò chơi điện tử, cũng có thể thực hiện các mô phỏng khoa học tiên tiến.

Dựa trên các phát hiện này, nhóm nghiên cứu hiện đang thiết kế các hạt nano mới với các hình dạng và hóa chất bề mặt khác nhau để có thể điều khiển được nhiều hơn hình dạng và cấu trúc của các axit nucleic.

Nguồn: vista.vn (Theo ScienceDaily, 11/11/2015)