最近,，美國哈佛大學(xué)維斯生物工程研究院的科學(xué)家用DNA“磚塊”造出了100多種三維納米結(jié)構(gòu),。幾個月前，該研究小組曾造出了一些二維結(jié)構(gòu),，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(fā)表在11月30日出版的《科學(xué)》雜志上,。
DNA“磚塊”是指構(gòu)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(jié)構(gòu)。這種納米制造技術(shù)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(yù)先設(shè)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(gòu)造出了二維平面，包括所有羅馬字母,、標點符號,、數(shù)字等107個圖案，但構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)需要新的“折疊”方法,。
新方法用的DNA磚塊更?。ㄩL度為32個堿基），將每個堿基對磚塊轉(zhuǎn)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(gòu)成一個“三維像素”,，這是它的最小結(jié)構(gòu)單位,，1000個這樣的像素構(gòu)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(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),，包括字母、符號,、漢字等,，不僅表面精巧，還有著復(fù)雜的內(nèi)部洞穴和孔道,。
另一種叫做“DNA折疊術(shù)”的方法能構(gòu)建更穩(wěn)定,、更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，但這種技術(shù)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(yīng)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(jié)構(gòu)，每塊磚都能獨立地加上或減去,。“這種方法簡單,、穩(wěn)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(shù)用在更尖端領(lǐng)域,，比如“智能”醫(yī)療設(shè)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(zhì)的模板等等。
“設(shè)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(shù)中的結(jié)構(gòu)建材，這將帶來巨大的醫(yī)療價值以及非醫(yī)療方面的應(yīng)用,。”維斯鑄造學(xué)院主管登·英格博說,，“我們在這方面的能力正閃電般地增長。”（生物谷Bioon.com）
doi: 10.1126/science.
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PMID:
Three-dimensional structures self-assembled from DNA bricks
Ke Y, Ong LL, Shih WM, Yin P.
We describe a simple and robust method to construct complex three-dimensional (3D) structures by using short synthetic DNA strands that we call "DNA bricks." In one-step annealing reactions, bricks with hundreds of distinct sequences self-assemble into prescribed 3D shapes. Each 32-nucleotide brick is a modular component; it binds to four local neighbors and can be removed or added independently. Each 8-base pair interaction between bricks defines a voxel with dimensions of 2.5 by 2.5 by 2.7 nanometers, and a master brick collection defines a "molecular canvas" with dimensions of 10 by 10 by 10 voxels. By selecting subsets of bricks from this canvas, we constructed a panel of 102 distinct shapes exhibiting sophisticated surface features, as well as intricate interior cavities and tunnels.
