DNA-origamirakenteet ovat myös hyviä nanomateriaalien rakennuspalikoita

Teksti Marja Ollakka, kuva Niklas Siipola 

Sofia Julin kehitti väitöskirjassaan DNA-origamirakenteista uusia strategioita nanomaailman valloitukseen. Tietoa voi hyödyntää esimerkiksi nanolääketieteessä ja fotoniikassa.

Sofia Julin.
Sofia Julin innostui DNA-nanoteknologiasta niin, että haluaa jatkossakin tehdä töitä tutkimuksen parissa.

Sofia Julin, 34, selvitti väitöskirjassaan, miten DNA-origamirakenteet voivat toimia monipuolisina rakennuspalikkoina tulevaisuuden nanomateriaaleissa. DNA tunnetaan perinnöllisen tiedon kantajana, mutta se on myös erinomainen nanotason rakennusmateriaali. DNA-origameja voidaan käyttää sellaisenaan eri sovelluksissa, kuten esimerkiksi monipuolisina rakennuspalikoina nanomateriaaleissa ja nanolääketieteessä.

Mikä on väitöskirjasi merkittävin tulos?

Pidän merkittävimpänä tuloksenani sitä, että kehitin ensimmäisten joukossa maailmassa DNA-origamipohjaisen hilan, joka voi muuttaa muotoaan ulkoisen ärsykkeen perusteella – kuten esimerkiksi tässä tapauksessa ympäröivän liuoksen pH:n mukaan.

Väitöskirjassani edistettiin DNA-origamien käyttöä järjestyneissä ja ulkoisiin ärsykkeisiin reagoivissa nanomateriaaleissa. Tällaisia nanomateriaaleja valmistettiin joko yhdistämällä negatiivisesti varautuneita DNA-origameja positiivisesti varautuneiden komponenttien kanssa sähköstaattisten vuorovaikutusten avulla tai liittämällä useita DNA-origamiyksiköitä yhteen selvästi isompiin hierarkkisiin DNA-origamihiloihin.

Miten tuloksiasi voi soveltaa?

Nanoteknologian kehitys on viime vuosien aikana ollut näyttävää, mutta moniin sovelluksiin tarvittaisiin nykyistä monimutkaisempia ja hyvin järjestyneitä nanomateriaaleja, joissa yksittäiset rakenneosat vuorovaikuttavat ennalta määrätyllä tavalla keskenään. 

Perinteisesti nanomateriaalit on valmistettu käyttäen ylhäältä alas -menetelmiä (top-down), mutta näillä tekniikoilla on haastavaa valmistaa hyvin järjestyneitä nanomateriaaleja, jotka ovat esimerkiksi ulkoisille ärsykkeille herkkiä. Nanomaailman valloituksen jatkumiseen tarvitaan siis uusia ja tehokkaita strategioita. Luonnon järjestyneet rakenteet ovat syntyneet itsejärjestymisen avulla ja näiden inspiroimia alhaalta ylös -menetelmiä (bottom-up) pidetäänkin tulevaisuuden nanovalmistustekniikkana.

Itsejärjestyminen ei kuitenkaan ole yksiselitteistä ja sen ohjaaminen voi olla hyvinkin haasteellista. Väitöskirjani tulokset osoittavat, että DNA:sta valmistettuja DNA-origamirakenteita voidaan käyttää ohjaamaan itsejärjestymistä ohjelmoidulla tavalla ja täten DNA-origamirakenteet voisivat toimia monipuolisina rakennuspalikkoina tulevaisuuden nanomateriaaleissa.

”On tärkeää saada tehdä väitöstyötä ryhmässä, jossa kannustetaan ja autetaan.”

Mitä väitöksen tekeminen merkitsi sinulle?

Kiinnostuin tohtoriopinnoista Erasmus-vaihto-opintojen aikana Itävallassa. Minulle oli tärkeää saada tehdä diplomityöni yliopiston tutkimusryhmässä selvittääkseni, olisivatko tohtoriopinnot minua varten. Diplomityön aikana löysin intohimoni DNA-nanoteknologiaan ja itsejärjestyneisiin materiaaleihin ja diplomityön tutkimusryhmästä tulikin myöhemmin myös väitöskirjatyöni tutkimusryhmä.

Tulen aina muistamaan väitöstyöajan hienona ajanjaksona elämässäni. Sen aikana kasvoin tutkijaksi sekä tietoni ja taitoni omaksua uusia asioita ja tekniikkoja kehittyivät. Olen kiitollinen, että sain tehdä väitöskirjan tutkimusryhmässä, jossa ihmiset auttoivat toisiaan ja jossa kannustettiin kehittämään omia ideoita ja tutkimusprojekteja. Vaikka nyt tuntuukin hyvältä sanoa olevani tekniikan tohtori, titteli itsessään ei ole koskaan ollut väitöskirjani kantava voima, vaan mielenkiintoiset ja monipuoliset tutkimusprojektit ja mahdollisuudet jatkuvasti oppia uutta.

Mitä teet urallasi seuraavaksi?

Jatkan tutkijatohtorina Aalto-yliopistossa professori Mauri Kostiaisen Biohybridimateriaalien tutkimusryhmässä kesään asti. Suunnitelmat sen jälkeen ovat auki, mutta tiedän, että haluan jatkossakin tehdä töitä tutkimuksen parissa.

Mikä toimii parhaiten työsi vastavoimana?

Tyttäreni syntyi väitöskirjatutkimuksen puolivälissä ja ajanviettäminen hänen ja avopuolisoni kanssa toimii tärkeänä vastapainona työlleni. Perheen kanssa liikun mielellään luonnossa, matkustan tai käyn uimassa. Kokeellinen tutkija on harvoin töissä perinteisesti kahdeksasta neljään ja ajoittain väitöstutkimuksen aikana minulla on ollutkin melko vähän aikaa muulle kuin työlle. Erityisesti kiireisimpinä ajanjaksoina perheen merkitys työn vastapainona on ollut suuri.

Sofia Julinin väitöskirja DNA Origami as a Tool for Assembling Functional Biohybrid Nanomaterials tarkistettiin 8.12.2023. Vastaväittäjänä toimi professori Maartje Bastings EPFL-korkeakoulusta Sveitsistä ja kustoksena professori Mauri Kostiainen Aalto-yliopistosta. 

Lue lisää:

Sofia Julinin väitöskirja

ORCID, Open Researcher and Contributor ID

 

Kirjaudu sisään

* pakollinen kenttä