美科學家用DNA“磚塊”搭出上百種三維納米結構

據物理學家組織網11月29日報道，最近，美國哈佛大學維斯生物工程研究院的科學家用DNA“磚塊”造出了100多種三維納米結構。幾個月前，該研究小組曾造出了一些二維結構，這是又一大的進步，意味著他們從能建造一面墻到可以建造一座房子了。介紹新方法的論文作為封面文章發表在11月30日出版的《科學》雜志上。

DNA“磚塊”是指構成DNA雙螺旋鏈的4種堿基：腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G)，A只能和T配對，C只能和G配對。它們就像“樂高”玩具，可以搭建出各種結構。這種納米制造技術稱為“DNA—磚塊自組裝”，用人造的DNA短鏈像樂高磚塊那樣搭扣拼裝。它充分利用了DNA編程的能力，將DNA堿基對組合搭配成各式“菜譜”，來組成預先設計好的形狀。

今年初，研究小組在《自然》雜志上報告稱，他們用DNA磚塊(每塊長42個堿基，折疊成矩形“磚塊”)構造出了二維平面，包括所有羅馬字母、標點符號、數字等107個圖案，但構建三維結構需要新的“折疊”方法。

新方法用的DNA磚塊更小(長度為32個堿基)，將每個堿基對磚塊轉了90度，再將每兩個磚塊并成立體狀，就可以向“上”、向“外”兩個方向添磚加瓦了。每8個堿基對(約2.5納米)構成一個“三維像素”，這是它的最小結構單位，1000個這樣的像素構成一個模塊，這些模塊就成為制作三維建筑的DNA分子“原料塊”。研究人員用這些“原料塊”制作了102種復雜的三維結構，包括字母、符號、漢字等，不僅表面精巧，還有著復雜的內部洞穴和孔道。

另一種叫做“DNA折疊術”的方法能構建更穩定、更復雜的三維結構，但這種技術要依賴一條較長的DNA鏈做“支架”，并需要幾百個短鏈DNA做“釘扣”把它折疊起來，而且每種新形狀都需要一種新“支架”及相應折疊法、新的“釘扣”。論文作者尹鵬(音譯)介紹說，相比之下，DNA“磚塊”的方法不再需要支架鏈，由此可以形成一種模塊化的結構，每塊磚都能獨立地加上或減去。“這種方法簡單、穩定而且用途更廣。”

新方法的下一個目標是將這種DNA納米技術用在更尖端領域，比如“智能”醫療設備，能將標靶藥物選擇性地遞送到病灶部位；可編程的成像探測儀器；下一代計算機線路制造，能精確排列無機物質的模板等等。

“設計出更多、更有效的方法來利用那些具有生物兼容性DNA分子，將其作為納米技術中的結構建材，這將帶來巨大的醫療價值以及非醫療方面的應用。”維斯鑄造學院主管登·英格博說，“我們在這方面的能力正閃電般地增長。”(常麗君)