中美創(chuàng)建微米級(jí)元DNA結(jié)構(gòu) 有助設(shè)計(jì)更復(fù)雜電路和納米器件

據(jù)美國(guó)《每日科學(xué)》網(wǎng)站7日?qǐng)?bào)道，上海交通大學(xué)樊春海院士及美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)顏顥教授等在最新一期《自然·化學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱，他們創(chuàng)建出一種新型元DNA結(jié)構(gòu)，這些元DNA結(jié)構(gòu)可自我組裝成形狀各異的微米級(jí)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于光電子學(xué)及合成生物學(xué)領(lǐng)域，從而促進(jìn)信息存儲(chǔ)和加密等技術(shù)的發(fā)展。

研究人員解釋，DNA結(jié)構(gòu)的獨(dú)特特征使其可用作復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)和設(shè)備的通用組件。借助DNA折疊技術(shù)，長(zhǎng)的單鏈DNA(ssDNA)可在數(shù)百條短DNA鏈的幫助下被折成指定形狀。但迄今科學(xué)家一直很難組裝出更大(微米至毫米級(jí))的DNA結(jié)構(gòu)，這限制了DNA折疊技術(shù)的廣泛使用。

為解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種通用的“元DNA”(M-DNA)策略，研制出了一種新型元DNA結(jié)構(gòu)。這一新型元DNA結(jié)構(gòu)與人頭發(fā)絲的寬度相當(dāng)，直徑是天然DNA納米結(jié)構(gòu)的1000倍。研究人員證明，這一亞微米級(jí)的6螺旋束DNA結(jié)構(gòu)可像放大版的單鏈DNA一樣自我組裝。

隨后，研究人員使用這種元DNA構(gòu)建了一系列亞微米到微米級(jí)DNA體系結(jié)構(gòu)，包括元多結(jié)、3D多面體以及各種二維/三維晶格等。他們還在元DNA上演示了分層鏈置換反應(yīng)，這一反應(yīng)將DNA的動(dòng)態(tài)特征轉(zhuǎn)移到元DNA上。此外，僅通過(guò)改變單個(gè)元DNA的局部柔性及其相互作用，就能構(gòu)建從一維到三維的一系列亞微米或微米級(jí)DNA結(jié)構(gòu)，包括四面體、八面體、棱柱和6種緊密堆積的晶格等。

研究人員表示，未來(lái)，他們可以使用這些元DNA設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的電路、分子機(jī)器和納米器件，并將其用于與生物傳感和分子計(jì)算有關(guān)的應(yīng)用中。而且，這項(xiàng)研究也使創(chuàng)建動(dòng)態(tài)微米級(jí)DNA結(jié)構(gòu)的可行性大大提高。

論文作者指出，這種元DNA策略的引入將使DNA納米技術(shù)從納米級(jí)躍升至微米以上級(jí)別，幫助科學(xué)家在亞微米和微米尺度上創(chuàng)建一系列復(fù)雜的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，從而使許多新應(yīng)用成為可能。例如，科學(xué)家可用這些元DNA結(jié)構(gòu)制造出更大更復(fù)雜功能組件等。

總編輯圈點(diǎn)：

DNA是一種天然的生物大分子，也是制造納米級(jí)構(gòu)件和機(jī)器的通用元件。用DNA折疊術(shù)，可以讓它像毛衣一樣被編織，像樂(lè)高一樣被組裝。曾經(jīng)，有美國(guó)科學(xué)家拿DNA長(zhǎng)鏈折疊出了一個(gè)笑臉。DNA和短鏈片段相遇、組裝，成為不同的形狀。文中研制出的新型元DNA結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于構(gòu)建DNA體系結(jié)構(gòu)的原材料，從而解決了DNA折疊術(shù)所涉對(duì)象太小的問(wèn)題。以后，這些元DNA能夠成為更復(fù)雜的納米器件和納米機(jī)器人的基礎(chǔ)，還能為信息存儲(chǔ)、精準(zhǔn)醫(yī)療等應(yīng)用提供更好支撐。(記者 劉霞)