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DNA折纸术 “折”出生命所需神奇图案

2019-03-26 09:27:03    科技日报  参与评论()人

DNA(脱氧核糖核酸)是一种传递生命密码的神奇物质,它为人所熟知的是双螺旋结构,时至今日,这种生命的分子竟然会变得如此富有创意。

清华大学生命科学学院魏迪明分子设计课题组和清华大学医学院向烨课题组在《自然·通讯》杂志上发表论文称,他们以DNA简单分支作为结构单位,构建了管状结构、多面体和多层三维阵列结构等复杂结构,这使得核酸分子设计的最初蓝图得以实现。

把DNA自组装成所需二维图案

作为一种天然的生物大分子,DNA不仅是生命的密码,还可作为制造纳米级构件和机器的通用元件。由于DNA的尺寸为纳米级别,具有刚性结构、编码性强的特点,于是,DNA纳米技术的研究者利用DNA分子的自组装特性,根据核酸碱基互补配对的作用,设计并在试管中构造出精确而复杂的、纳米级精度的有序结构。这种DNA纳米结构还可以在特定的位置对DNA链进行修饰,使之作为支架引导其他分子或纳米材料进行可控的自组装。

这一新兴的领域被称为DNA折纸技术。折纸是指人们能用一张纸,就可折叠出飞机、青蛙和花朵。同样的,发明DNA折纸技术的科学家使用比头发丝还细一千倍的DNA和RNA等核酸分子,折叠、自组装成复杂的结构。而当DNA中互补的核苷酸碱基接触并结合时,就会产生这样的结果。

2006年,加州理工学院的科研团队通过DNA折纸术,选用噬菌体M13的基因组DNA作为长链,然后用两百多条短的单链DNA通过碱基互补配对原则,“钉”在长链构成的支架上,将长链折叠成想要的矩形、三角形、五角星和笑脸等多种二维平面图案。

传统的DNA自组装方式是要先用酶将DNA分子“切”开,然后在模具中重新组建其双螺旋结构。与之相比,DNA折纸术不仅能在纳米尺度上进行更为精确的组装与排列,得到更复杂精细的可编程图案与结构,而且实验操作更为简便、组装效率更高。

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