作者:Peng Yin 来源:《自然—化学》 发布时间:2014/10/23 10:47:23
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科学家制作出含32个DNA的大晶体

 

DNA可作为一种编程材料平台,人们希望它能为计算机、显微术、生物学等众多领域带来全新的革命性纳米设备。但要想实现这些技术梦,必须让DNA分子能按照设计的形状和大小,自动而精确地组装在一起。过去20年来,科学家一直在寻找方法,让人们能按要求设计复杂形状的DNA大晶体。

哈佛大学韦斯仿生工程研究所一个科研小组最近用一种“DNA砖块自组装”方法,制作出含32个DNA的大晶体,具有严格规定的厚度和复杂的三维特征。相关论文发表在《自然—化学》杂志上。

研究小组的方法在2012年的《科学》杂志上首次公布,当时他们用这种方法制作了100多个病毒大小的三维纳米结构。新的大晶体比原来那些要大1000倍,接近一粒灰尘大小,这在DNA纳米技术领域是相当大的。

科学家一直在寻找更传统的自组装方法来形成复杂的三维DNA纳米结晶,但组装单位越大越复杂,产生误差的风险也就越大。“我们很高兴DNA砖块攻克了这一难题。”论文高级作者、哈佛医学院系统生物学副教授尹鹏(音译)说,“它们组装的方式让我们也很惊讶。”

据物理学组织网10月19日报道,“DNA砖块”是较短的DNA合成链,就像一个个能互相扣在一起的“垒高”积木,可以拼出复杂的结构。研究人员在计算机上用一种分子立方体的模型设计了最初的模型(分子立方体构成原料块主体,可以增加或去除以形成想要的形状),然后开始设计:把所需的能匹配的DNA链混合在一起,让它们自行组装以得到设计的晶体结构。

“这一过程靠的是设计策略的关键特征——模块化,这样从主体料块上增加或除掉某些部分就简化了,让设计制作更容易。”共同第一作者、前韦斯研究所博士后柯永刚(音译)说,“这还是首次让任何人都能用这种方法来合理设计晶体厚度,精确到纳米,本研究中是80纳米。”以往的二维DNA格是单层结构,只有2纳米厚。

“DNA晶体对纳米技术应用很有吸引力,因为它们由相同的结构单位重复组装而成,为升级设计提供了理想的模板。”论文共同第一作者、研究生卢维娜·昂说。

此外,研究小组还演示了把黄金纳米粒子放入二维结构的能力,纳米粒子间距小于2纳米。这是未来量子设备的关键特征,对可升级产品来说是一次巨大的技术进步。

论文合著者、韦斯研究所核心系成员威廉姆·希哈说,我们在DNA纳米技术中的进步让自组装成为可能,并以一种可编程的方式造出指定的结构,其复杂性甚至能和自然界的许多分子机器相媲美。(来源:科技日报 常丽君)

 
 
 
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