最近,，美國(guó)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(gè)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(jìn)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(duì),，C只能和G配對(duì)。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(duì)組合搭配成各式“菜譜”，來(lái)組成預(yù)先設(shè)計(jì)好的形狀,。
今年初,，研究小組在《自然》雜志上報(bào)告稱,，他們用DNA磚塊（每塊長(zhǎng)42個(gè)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(biāo)點(diǎn)符號(hào)、數(shù)字等107個(gè)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磚塊更小（長(zhǎng)度為32個(gè)堿基）,，將每個(gè)堿基對(duì)磚塊轉(zhuǎn)了90度,，再將每?jī)蓚€(gè)磚塊并成立體狀，就可以向“上”,、向“外”兩個(gè)方向添磚加瓦了,。每8個(gè)堿基對(duì)（約2.5納米）構(gòu)成一個(gè)“三維像素”，這是它的最小結(jié)構(gòu)單位,，1000個(gè)這樣的像素構(gòu)成一個(gè)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(hào)、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(zhǎng)的DNA鏈做“支架”，并需要幾百個(gè)短鏈DNA做“釘扣”把它折疊起來(lái),，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(shuō),，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(dú)立地加上或減去,。“這種方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定而且用途更廣,。”
新方法的下一個(gè)目標(biāo)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(biāo)靶藥物選擇性地遞送到病灶部位；可編程的成像探測(cè)儀器,；下一代計(jì)算機(jī)線路制造,，能精確排列無(wú)機(jī)物質(zhì)的模板等等。
“設(shè)計(jì)出更多,、更有效的方法來(lái)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(lái)巨大的醫(yī)療價(jià)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(shuō),，“我們?cè)谶@方面的能力正閃電般地增長(zhǎng)。”（生物谷Bioon.com）
doi: 10.1126/science.
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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.
