近日出版的英國《自然》雜誌，其封面刊登了一張特別的美洲地圖的放大版。這張地圖的比例是1比200萬億，從美國洛杉磯到紐約只有幾十分之一納米，500億份該地圖可以裝進一滴水裡。這個用DNA做出的地圖，是至今為止在實驗室里製作的最大、最精密的物品。該地圖的製作者是美國加州理工學院資深研究員保羅·羅斯蒙德。他將自己研究出的這項新技術，稱為“DNA摺紙術”。
基本介紹
- 中文名：DNA摺紙技術
- 國家：美國
- 單位：加州理工學院
- 發明人：保羅·羅斯蒙德
背景,技術特點,建造兩維世界,套用前景,
背景
多年來，美國加州理工學院的科學家們一直致力於DNA結構的研究，並發明了一種所謂的”DNA摺紙術”。”DNA摺紙術”就是將天然DNA單鏈中的長鏈進行反覆摺疊，並用短鏈加以固定，由此就能繪出方形、星形等一系列對稱的DNA圖形。半導體行業恰好可以利用這一點。據了解，在IBM的構想中，利用DNA分子結構研製的晶片上，其電子線路間的距離將僅為6納米左右，相比起目前的45納米標準，這將是一個大幅改進。利用這種技術，IBM公司將研製出更小、更便宜的微處理器晶片。
DNA摺紙技術
DNA摺紙技術技術特點
DNA不僅是包含生物信息的分子，而且能夠作為微環境下的組建材料。科學家可先用酶將DNA 分子“切”開，然後在模具中重新組建其雙螺旋結構。然而，到目前為止，納米裝配仍是一種造價昂貴的複雜技術，要一個分子接一個分子的操作，且需在真空或超低溫環境中進行。
羅斯蒙德發明的“DNA摺紙術”，是一項簡單且廉價的技術。該技術能夠將單個DNA鏈根據模具的樣式隨意擺放，為DNA計算機和納米尺度設備的製作開拓了道路。目前，羅斯蒙德已用DNA分子製作了各種圖形，除這幅美洲地圖外還包括一個五角星、一片雪花圖案、一個雙螺旋形以及一副美國地圖。羅斯蒙德說：“DNA摺紙術如此簡單，能讓來自不同領域的科學家輕而易舉地創造、研究他們夢寐以求的複雜的納米結構。
建造兩維世界
在用DNA分子製作各種圖形時，羅斯蒙德先藉助納米儀器，畫好摺疊物的形狀，然後用摺疊的DNA長鏈把這個形狀填滿。而DNA短鏈就是固定摺疊的DNA長鏈的“圖釘”，有了它們，DNA長鏈組成的圖形才不會散開。羅斯蒙德用計算機計算每一個作品所需DNA短鏈的數量，然後將這些DNA短鏈“釘”在長鏈構成的支架上，就構成了各種圖案。
每個DNA短鏈都有兩個分支，就像一個“V”字。每個分支都由特殊的鹼基順序構成，分別與DNA長鏈上的兩個不同區域結合在一起。例如，DNA短鏈的左支包含ATG片斷，而右支包含CGA片斷，那么當它與DNA長鏈結合時，左支就會找到長鏈上含有TAC的部分，然後附著在上面。而右支也會以同樣的方式附著在排序為GCT的片斷上。
羅斯蒙德介紹說，將DNA長鏈和短鏈一起放入一種鹼性溶液加熱後，它們就會自動結合在一起，組合成人們想要的圖案。整個過程完全是自動組裝的，全過程可預先在電腦中設定，根本無需親自動手，就連高中生都可以完成操作。
套用前景
DNA以其獨特的納米尺度、分子線性結構、物理化學穩定性、力學剛性、自我識別能力以及自組裝等優勢，正逐步被套用於分子生物學和電子學領域。以DNA為模板，構築納米材料及分子器件，正成為一個新的研究熱點。
羅斯蒙德說：“這只是一個藝術品，但我相信如果我們有能力用DNA做出所需要的形狀，就可以用它們做更有用的物品，而且在製作過程中，人們可以對DNA的結構了解更多。” 羅斯蒙德認為，“DNA摺紙術”可套用於電子學和分子生物學領域。
美國威斯康星大學的埃德·史密斯，在《自然》雜誌有關“DNA摺紙術”的一篇評論中寫道：“這項研究顯現出來的結果確實令人吃驚不已。”紐約大學納米技術專家納定·賽門說：“從某種意義上講，‘DNA摺紙術’是一項革命性變化，它確實改變了人們做事的方法。這個技術可以為微電子部件搭建平台。也可以加入酶，形成一個微小的蛋白質工廠。”
納米製造技術、納米電子學、納米生物學、納米材料學是納米科技的四大領域，其中，納米製造技術是糅合了其他各種學科的基本“藝術”，是當前納米科學研究的基礎——它不僅為納米科學各個領域的研究和拓展提供強有力的手段，而且是未來納米產業的支柱。科學家們清楚地知道，很多材料和器件在納米尺度範圍內具有全新的物理性能，當前生命科學的前沿亦必定是納米或分子水平上的研究，“DNA摺紙術”的發展，無疑具有至關重要的意義。
