中美联手创建微米级元DNA结构

发布时间：2020-09-09 发布者：亚时财经

近日，上海交通大学及美国亚利桑那州立大学的研究人员联手创建微米级新型元DNA结构，有助设计更复杂电路和纳米器件。

（图源：网络）

据美国《每日科学》网站7日报道，上海交通大学樊春海院士及美国亚利桑那州立大学颜颢教授等在最新一期《自然·化学》杂志上发表论文称，他们创建出一种新型元DNA结构，将打开光电子学(包括信息存储和加密)以及合成生物学的领域。

论文称，这些元DNA结构可自我组装成形状各异的微米级结构，可能会彻底改变结构DNA纳米技术的微观世界。

研究人员称，DNA结构的独特特征使其可用作复杂纳米结构和设备的通用组件。借助DNA折叠技术，长的单链DNA（ssDNA）可在数百条短DNA链的帮助下被折成指定形状。但迄今科学家一直很难组装出更大（微米至毫米级）的DNA结构，这限制了DNA折叠技术的广泛使用。

为了解决这一问题，研究人员称，在当前研究中他们开发出了一种通用的“元DNA”（M-DNA）策略，研制出了一种新型元DNA结构。这一新型元DNA结构与人头发丝的宽度相当，直径是天然DNA纳米结构的1000倍。

这种“元DNA”策略允许以亚微米级到微米级大小的各种DNA结构自组装，其方式类似于在DNA上简单的短DNA链如何自组装那样。该实验小组也证明，这一亚微米级的6螺旋束DNA结构可像放大版的单链DNA一样自我组装。

研究人员使用这种元DNA构建了一系列亚微米到微米级DNA体系结构，包括元多结、3D多面体以及各种二维/三维晶格等。并且还在元DNA上演示了分层链置换反应，这一反应将DNA的动态特征转移到元DNA上。

在助理教授Petr Sulc(SMS)的帮助下，他们使用了DNA的粗粒度计算模型来模拟双链M-DNA结构并了解所获得的左手和右手结构的不同产量。此外，仅通过改变单个元DNA的局部柔性及其相互作用，就能构建从一维到三维的一系列亚微米或微米级DNA结构，包括四面体、八面体、棱柱和6种紧密堆积的晶格等。

研究人员表示，未来，他们可以使用这些元DNA设计出更复杂的电路、分子机器和纳米器件，并将其用于与生物传感和分子计算有关的应用中。而且，这项研究也使创建动态微米级DNA结构的可行性大大提高。

论文作者认为，这种元DNA策略的引入将使DNA纳米技术从纳米级跃升至微米以上级别，帮助科学家在亚微米和微米尺度上创建一系列复杂的静态和动态结构，从而使许多新应用成为可能。例如，这些结构可以用作用于构图比先前认为的更大和更复杂的复杂功能组件的支架。

科技日报总编辑表示，论文中研制出的新型元DNA结构，相当于构建DNA体系结构的原材料，从而解决了DNA折叠术所涉对象太小的问题。以后，这些元DNA能够成为更复杂的纳米器件和纳米机器人的基础，还能为信息存储、精准医疗等应用提供更好支撑。

责任编辑：Carrick

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