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哈佛大学维斯生物工程研究院用DNA“砖块”搭出上百种三维纳米结构
来源:物理学家组织网 | 作者:常丽君 | 2012/12/4 12:56:20 | 浏览:1359 | 评论:0

  最近,美国哈佛大学维斯生物工程研究院的科学家用DNA“砖块”造出了100多种三维纳米结构。几个月前,该研究小组曾造出了一些二维结构,这是又一大的进步,意味着他们从能建造一面墙到可以建造一座房子了。介绍新方法的论文作为封面文章发表在11月30日出版的《科学》杂志上。

  DNA“砖块”是指构成DNA双螺旋链的4种碱基:腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G),A只能和T配对,C只能和G配对。它们就像“乐高”玩具,可以搭建出各种结构。这种纳米制造技术称为“DNA—砖块自组装”,用人造的DNA短链像乐高砖块那样搭扣拼装。它充分利用了DNA编程的能力,将DNA碱基对组合搭配成各式“菜谱”,来组成预先设计好的形状。

  今年初,研究小组在《自然》杂志上报告称,他们用DNA砖块(每块长42个碱基,折叠成矩形“砖块”)构造出了二维平面,包括所有罗马字母、标点符号、数字等107个图案,但构建三维结构需要新的“折叠”方法。

  新方法用的DNA砖块更小(长度为32个碱基),将每个碱基对砖块转了90度,再将每两个砖块并成立体状,就可以向“上”、向“外”两个方向添砖加瓦了。每8个碱基对(约2.5纳米)构成一个“三维像素”,这是它的最小结构单位,1000个这样的像素构成一个模块,这些模块就成为制作三维建筑的DNA分子“原料块”。研究人员用这些“原料块”制作了102种复杂的三维结构,包括字母、符号、汉字等,不仅表面精巧,还有着复杂的内部洞穴和孔道。

  另一种叫做“DNA折叠术”的方法能构建更稳定、更复杂的三维结构,但这种技术要依赖一条较长的DNA链做“支架”,并需要几百个短链DNA做“钉扣”把它折叠起来,而且每种新形状都需要一种新“支架”及相应折叠法、新的“钉扣”。论文作者尹鹏(音译)介绍说,相比之下,DNA“砖块”的方法不再需要支架链,由此可以形成一种模块化的结构,每块砖都能独立地加上或减去。“这种方法简单、稳定而且用途更广。”

  新方法的下一个目标是将这种DNA纳米技术用在更尖端领域,比如“智能”医疗设备,能将标靶药物选择性地递送到病灶部位;可编程的成像探测仪器;下一代计算机线路制造,能精确排列无机物质的模板等等。

  “设计出更多、更有效的方法来利用那些具有生物兼容性DNA分子,将其作为纳米技术中的结构建材,这将带来巨大的医疗价值以及非医疗方面的应用。”维斯铸造学院主管登·英格博说,“我们在这方面的能力正闪电般地增长。”

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