Wykorzystanie DNA w samoorganizacji struktur molekularnych
Interakcje między cząsteczkami lub częściami cząsteczek związane z ich właściwościami elektrycznymi, magnetycznymi lub strukturalnymi powodują tworzenie się nowych struktur i nowych związków. Przykładem może być formowanie się kropli wody na szkle – nie mamy do czynienia z powstawaniem nowego związku, ale z tworzeniem się nowej struktury pod wpływem napięcia powierzchniowego i elektrostatycznych interakcji między cząsteczkami wody. Jeśli chodzi o samoorganizację, DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) jest bardzo wszechstronnym materiałem budulcowym. W ujęciu dwuwymiarowym DNA przypomina drabinę, którą można "zapinać" i "odpinać", ze szczeblami powstającymi w wyniku łączenia w komplementarne pary przebiegającego w oparciu o złożone rozmieszczenie ładunków i interakcje elektrochemiczne. Pomimo słabego zaawansowania tej techniki, samoorganizacji przy pomocy sekwencji DNA poświęcono wiele prac doświadczalnych i teoretycznych. Pokrycie koloidów o rozmiarach w skali nano i mikro powłoką polimerów, z których wstają krótkie jednoniciowe (jedna strona drabiny) sekwencje DNA, może doprowadzić do tworzenia się trójwymiarowych (3D) sieci koloidalnych, po związaniu się tych "lepkich zakończeń" z innymi koloidami posiadającymi komplementarne sekwencje "lepkich zakończeń". Brak szczegółowych informacji o termodynamice i kinetyce samoorganizacji wykonywanej poprzez DNA utrudnia kontrolowanie tego procesu, a tym samym otrzymanego produktu. Celem projektu "Samoorganizacja pokrytych DNA cząsteczek koloidalnych" (DNAColloids) było wyeliminowanie tych trudności poprzez zastosowanie innowacyjnych algorytmów do teoretycznego modelowania w oparciu o warunki doświadczalne. Naukowcy stworzyli matematyczny model DNA, dokładnie odzwierciedlający elektrostatyczne interakcje kręgosłupa DNA. Model uproszczono, tak aby był obliczeniowo przydatny, definiując minimalne parametry systemowe pod kątem żądanej aktywności. Następnie zastosowano symulacje metodą Monte Carlo, aby uzyskać modele określonych wiązań między "lepkimi" zakończeniami. Narzędzia do modelowania opracowane na potrzeby projektu DNAColloids umożliwiają przewidywanie właściwości dowolnych pokrytych DNA systemów koloidalnych. Ponadto, pozwalają na komputerowe projektowanie złożonych elementów konstrukcyjnych pokrytych DNA i stanowią znaczący postęp w dziedzinie kontrolowanej samoorganizacji złożonych struktur.
