DNA，我们的遗传物质，通常有一个扭曲的绳索梯子结构，专家称这种结构为双螺旋。与其他结构相比，通过碱基对之间的叠加它是稳定的。慕尼黑工业大学（TUM）的科学家已经首次在单碱基水平成功地测量这些分子力。这种新的知识可能有助于构建精确的DNA机器。
60多年前，研究人员克里克和沃森发现脱氧核糖核酸的结构，通常被称为DNA。他们把双螺旋线与一条螺旋线的螺旋线进行了比较。这梯子横档是鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶和腺嘌呤的碱基对。但是，什么保持螺旋结构的DNA链？
分子相互作用的特殊测量系统
生物物理实验主任Hendrik Dietz教授使用DNA作为建筑材料创造分子结构。因此，他非常有兴趣更加深入地了解这种材料。“有两种类型的相互作用力稳定双螺旋，”他解释说。其中一个，DNA包含的氢键。
另一个，专家们称之为碱基对的堆积力，它是在螺旋轴上堆叠的碱基对之间相互作用。氢键的作用力，在另一方面，作用垂直于轴线。“到目前为止，还不很清楚这两种力的大小，这两种力都有助于DNA双螺旋整体的稳定性，”迪茨解释说。
直接测量碱基对之间的微弱的叠加力有一个很大的技术挑战，研究人员说，他在这个问题上研究了六年。与分子生物物理学TUM的主任合作（Matthias Rief教授）和量子理论生物物理学的教授--生物分子动力学（Martin Zacharias教授），他们成功地开发了特殊的实验装置，使得它可以测量单个分子之间的极弱的相互作用。
一兆分之一块巧克力的重量
简单地说，测量系统的设计层次，涉及微观的光束，在一个或多个双螺旋结构尖端平行打出。这些光束被修改使得每个端上仅有一个碱基对。这些微观束的两端连接一个灵活的聚合物。在另一边，光束耦合到可以被分开使用的光学激光光钳的微观领域。在溶液中，一个光束尖端上的碱基对可以与其他光束的端上的碱基对相互作用。这也使得有可能测量它们之间一个堆叠键持续多久之前，他们再次分离，以及之间的碱基对的作用力。
研究人员测量了piconewtons范围的作用力。“牛顿是一个巧克力的重量，”迪茨解释说。“我们这里是十亿分之一，一千分之一，几乎没有重量。”两piconewtons范围的力量足以分离靠堆积力结合的键。
此外，科学家们还观察到，化学键自发破裂，并在几毫秒内再次形成。相互作用的强度和寿命在很大程度上取决于相互之间的碱基对相互叠加的程度。
创造DNA机器
测量的结果可能有助于更好地了解机械方面的基本的生物过程，如DNA复制，即遗传物质的繁殖。例如，堆叠的相互作用的短寿命意味着在这个过程中一种分离碱基对的酶，只需要等待键自己分开-而不是不得不使用武力分开他们。
然而，迪茨还打算将这些数据直接应用到他目前的研究中：他使用DNA作为可编程的建筑材料来构造纳米级的机器。当这样做时，他从复杂的细胞结构获取灵感，作为分子“工厂”合成重要的化合物，如储存能量的ATP。“我们现在知道如果我们可以建立足够复杂的结构能够做什么，”迪茨说。“当然，当我们对分子间的相互作用的属性有更好的理解，我们能够更好地运用这些分子。”
目前，该实验室正在构建一个分子DNA旋转电机，其中的组件的连接通过堆叠的力量联系在一起。目标是能够控制一个通过化学或热刺激带动的定向旋转马达。要做到这一目标，定子中转子的运动时间是至关重要的，这项任务通过堆叠力的新研究结果已经显著变的更容易。(Annie202307)
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