Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một loại chuyển động phân tử chưa từng biết trước đây trong các giọt DNA, có khả năng cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về các quá trình tế bào và mở đường cho các vật liệu sinh học tiên tiến. Phát hiện này có thể dẫn đến những tiến bộ đáng kể trong y học và khoa học vật liệu.
Các nhà khoa học từ Đại học Johannes Gutenberg Mainz, Viện Max Planck về Nghiên cứu Polymer và Đại học Texas tại Austin đã quan sát thấy rằng các phân tử khách, khi đi vào các giọt được tạo thành từ các polyme DNA, không khuếch tán một cách ngẫu nhiên. Thay vào đó, chúng di chuyển qua các giọt một cách có trật tự, tạo thành một mặt trước sắc nét, giống như sóng. "Đây là một hành vi hoàn toàn bất ngờ", Weixiang Chen từ Khoa Hóa học tại JGU giải thích. Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology.
Trong mô hình khuếch tán cổ điển, các phân tử trong chất lỏng lan ra dần dần. Ví dụ, khi một giọt thuốc nhuộm màu xanh được thêm vào nước, màu sẽ từ từ phân tán. Tuy nhiên, các phân tử khách trong các giọt DNA lại có hành vi khác. Theo Giáo sư Tiến sĩ Andreas Walther từ Khoa Hóa học tại JGU, "Các phân tử di chuyển theo một cách có cấu trúc và được kiểm soát, trái ngược với các mô hình cổ điển, giống như một sóng phân tử hoặc một ranh giới chuyển động."
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các giọt được tạo thành từ hàng nghìn sợi DNA đơn, còn được gọi là các chất ngưng tụ sinh học. Điểm đặc biệt của các giọt này là các đặc tính của chúng có thể được điều chỉnh chính xác bằng cách sử dụng cấu trúc DNA và các thông số như nồng độ muối. Các giọt này cũng có liên quan trong các tế bào sinh học, sử dụng các chất ngưng tụ tương tự để tổ chức hóa sinh phức tạp mà không cần màng. Chen nói: "Do đó, các giọt tổng hợp của chúng tôi tạo thành một hệ thống mô hình tuyệt vời để bắt chước và hiểu rõ hơn các quá trình tự nhiên." Các nhà nghiên cứu đã đưa các sợi DNA "khách" được thiết kế đặc biệt vào các giọt DNA, có thể nhận biết và liên kết đặc biệt với bên trong các giọt. Chuyển động mới lạ của các phân tử khách được cho là do nguyên tắc khóa-chìa, trong đó DNA được thêm vào và DNA có trong giọt liên kết với nhau. Điều này tạo ra một trạng thái động, một hiện tượng hoàn toàn mới trong các vật liệu mềm, theo Chen.
Những phát hiện này rất quan trọng không chỉ để hiểu vật lý của các vật liệu mềm mà còn đối với các quá trình hóa học trong tế bào. Walther gợi ý: "Chúng có thể là một trong những mảnh ghép còn thiếu trong việc hiểu cách các tế bào điều chỉnh tín hiệu và tổ chức các sự kiện phân tử." Điều này đặc biệt thú vị đối với việc điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh, trong đó các protein di chuyển từ nhân tế bào vào tế bào chất và tạo thành các chất ngưng tụ. Khi chúng già đi, chúng chuyển từ trạng thái động sang trạng thái rắn hơn, tạo thành các sợi tơ có vấn đề. Walther kết luận: "Ít nhất có thể hình dung rằng các quá trình lão hóa này có thể bị ảnh hưởng với sự trợ giúp của những phát hiện của chúng tôi, điều này sẽ mở ra một lựa chọn điều trị hoàn toàn khác cho các bệnh thoái hóa thần kinh trong dài hạn.”