DNA首次自組裝成一粒灰塵大小的大晶體
- 發佈時間：2014-10-21 02:31:19 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 DNA可作為一種編程材料平臺，人們希望它能為電腦、顯微術、生物學等眾多領域帶來全新的革命性奈米設備。但要想實現這些技術夢，必須讓DNA分子能按照設計的形狀和大小，自動而精確地組裝在一起。過去20年來，科學家一直在尋找方法，讓人們能按要求設計複雜形狀的DNA大晶體。
哈佛大學韋斯倣生工程研究所一個科研小組最近用一種“DNA磚塊自組裝”方法，製作出含32個DNA的大晶體，具有嚴格規定的厚度和複雜的三維特徵。相關論文發表在《自然·化學》雜誌上。
研究小組的方法在2012年的《科學》雜誌上首次公佈，當時他們用這種方法製作了100多個病毒大小的三維奈米結構。新的大晶體比原來那些要大1000倍，接近一粒灰塵大小，這在DNA奈米技術領域是相當大的。
科學家一直在尋找更傳統的自組裝方法來形成複雜的三維DNA奈米結晶，但組裝單位越大越複雜，産生誤差的風險也就越大。“我們很高興DNA磚塊攻克了這一難題。”論文高級作者、哈佛醫學院系統生物學副教授尹鵬（音譯）説，“它們組裝的方式讓我們也很驚訝。”
據物理學組織網10月19日報道，“DNA磚塊”是較短的DNA合成鏈，就像一個個能互相扣在一起的“壘高”積木，可以拼出複雜的結構。研究人員在電腦上用一種分子立方體的模型設計了最初的模型（分子立方體構成原料塊主體，可以增加或去除以形成想要的形狀），然後開始設計：把所需的能匹配的DNA鏈混合在一起，讓它們自行組裝以得到設計的晶體結構。
“這一過程靠的是設計策略的關鍵特徵——模組化，這樣從主體料塊上增加或除掉某些部分就簡化了，讓設計製作更容易。”共同第一作者、前韋斯研究所博士後柯永剛（音譯）説，“這還是首次讓任何人都能用這種方法來合理設計晶體厚度，精確到奈米，本研究中是80奈米。”以往的二維DNA格是單層結構，只有2奈米厚。
“DNA晶體對奈米技術應用很有吸引力，因為它們由相同的結構單位重復組裝而成，為升級設計提供了理想的模板。”論文共同第一作者、研究生盧維娜·昂説。
此外，研究小組還演示了把黃金奈米粒子放入二維結構的能力，奈米粒子間距小于2奈米。這是未來量子設備的關鍵特徵，對可升級産品來説是一次巨大的技術進步。
論文合著者、韋斯研究所核心繫成員威廉姆·希哈説，我們在DNA奈米技術中的進步讓自組裝成為可能，並以一種可編程的方式造出指定的結構，其複雜性甚至能和自然界的許多分子機器相媲美。
（常麗君）
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