《科学》：结构DNA纳米技术构建二维三维结构

邓文龙

作者：Dongran Han 来源：《科学》

发布时间：2013-3-26 13:55:20

结构DNA纳米技术构建二维三维结构

来自美国亚利桑那州立大学的研究人员在一项最新成果中，获得了解决一种关键设计难题的新办法，这将能令研究人员生成各种各样的2维和3维结构，从而推动DNA纳米技术新兴领域的发展。

领导这一研究的是亚利桑那州立大学颜颢教授，颜颢早年毕业于山东大学，这位以自己独特的技术成果在学术界打出一片天空的华裔科学家，多年来Science，Nature杂志上发表了多项重要的成果，备受关注。

DNA不仅仅是生命的密码，它还是制造纳米级构件和设备的通用元件。通过现代生物技术，我们可以制造出很长的DNA分子，上面排列着根据意愿选择的构建模块序列，这为DNA的应用开辟了广阔的新天地，而不仅限于自然界中生物进化的领域。

颜颢的研究小组就利用结构DNA纳米技术（利用了DNA作为遗传信息编码聚合物的优点，通过DNA分子卓越的自组装和识别能力实现精确的纳米构架，就如同纳米机械在工作一样），构建了许多重要的结构，如特洛伊木马结构——用以提高药物输送到癌细胞的效率，导电金纳米线，单分子传感器和可编程的分子机器人。

现在他们又继续在分子水平上探索着这些结构的几何和物理限制。“这一领域的研究人员对于构建线性或者网状的结构，十分感兴趣，”颜颢说，“我们需要研发出新的设计思路，来构建更加复杂的三维结构。”

在最新这项研究中，他们完成了类似线框，分子镊子，剪刀，螺丝，手风扇，甚至是一张蜘蛛网之类的2维和3维结构，十分有趣。这一研究成果公布在3月22日出版的《科学》（Science）杂志上。

通过一种“自下而上”扭曲技术，研究人员将分子乐高设计的关键点聚焦于一种称为Holliday交叉（Holliday junction，HJ）的DNA结构上。在自然界中，这种十字形，双叠DNA结构就像是遗传机制中的十字路口，两个独立的DNA螺旋能用于交换遗传信息。Holliday交叉带来了地球上各种各样的生物，并确保后代具有来自母亲和父亲DNA信息的独特重组。

在自然界里，Holliday交叉能以约60度角的角度扭曲双叠DNA链，这是交换基因的一个完美角度，但有时对于DNA纳米技术的科学家来说，这并不是好消息，因为这限制了其结构的设计规则。

“原则上，你可以利用这个支架横向连接多个层，”然而，当你需要构建垂直方向结构时，DNA的极性就会导致无法构建多层，“我们需要做的是把这个角度旋转过来，进行力量连接”。

研究人员通过改变每个Holliday交叉之间DNA的长度，使得Holliday交叉中几何形状发生了非常规的重排，令这个交叉更加灵活，并首次能在垂直方向上构建结构。颜教授将其称为烧烤架形状，DNA烧烤架。

“我们惊讶的发现这能奏效！”他说，“一旦能完成这样的工作，那么就很容易进行新的设计了。如果你被传统规则所束缚，就很难走出新的一步，一旦你走出了这一步，形势就变得明确了。”（来源：生物通 张迪）

更多阅读

《科学》发表论文摘要（英文）：

http://www.sciencemag.org/conten ... c-a3fc-ac9405546512