我科學(xué)家用DNA鏈繡出直徑150納米中國地圖
用一根2.4微米長——相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的1／40——的天然DNA單鏈當(dāng)“線”，“繡”出一幅直徑150納米、分辨率6納米的“中國地圖”，2006年最后一期《科學(xué)通報》刊登的這一成果，標(biāo)志著我國已掌握用DNA分子構(gòu)筑高度復(fù)雜性納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。
據(jù)悉，上海交通大學(xué)Bio-X中心DNA計算機交叉團隊和中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所科技人員合作構(gòu)造的這幅DNA納米結(jié)構(gòu)“仿中國地圖”，長150納米、寬120納米、厚2納米，分辨率高達6納米，人眼必須通過原子力顯微鏡才能看見它。
論文第一作者、上海交大Bio-X中心博士研究生錢璐璐介紹，DNA分子不僅是生命科學(xué)研究的熱點，同時也是材料科學(xué)的“潛力股”，一直被科學(xué)家視作塑造納米材料的理想素材。1989年，美國紐約大學(xué)教授Seeman首次提出利用DNA鏈的黏性末端將DNA由小單元拼接成大圖形的方法。這種“1.0版”的DNA自組裝結(jié)構(gòu)，能“繪制”十字網(wǎng)格等簡單圖形，但面對稍復(fù)雜些的圖形就束手無策。2006年3月，美國加州理工學(xué)院的Rothemund發(fā)明DNA“折紙術(shù)”：將長鏈反復(fù)折疊，用短鏈加以固定，由此就能“繪”出方形、矩形、五角星、笑臉等一系列對稱的DNA圖形。
由中科院院士、上海交大Bio-X中心主任賀林領(lǐng)銜的研究小組，采用Rothemund的DNA“折紙術(shù)”，用長、短兩種DNA單鏈構(gòu)建仿中國地圖。他們將一根由約7000個核苷酸組成的DNA長鏈通過水平方向反復(fù)折疊，填成中國地圖的形狀，再將多根由約32個核苷酸組成的DNA短鏈用作“訂書釘”，利用堿基互補的原理在適當(dāng)?shù)奈恢蒙橡ず稀⒐潭ㄕ郫B好的“地圖”。由于事先對DNA鏈的序列通過計算機程序進行了設(shè)計，當(dāng)這些長長短短的DNA鏈被放到同一杯溶液中，一瞬間就自動配起對來，通過原子力顯微鏡成像，納米級的“中國地圖”順利誕生于溶液之中。
錢璐璐指出，由于目前的技術(shù)手段仍有一定的限制，他們構(gòu)建的DNA“仿中國地圖”并不完全符合中國實際版圖，例如還無法“繪”出臺灣島、海南島等島嶼與大陸的海面分離以及南海諸島。但她表示，科學(xué)家在此之前曾用DNA折疊出數(shù)種圖形，但都不曾達到如此復(fù)雜的程度，更不曾嘗試過這種非對稱的二維形狀；DNA“仿中國地圖”的繪制，證實了DNA“折紙術(shù)”可構(gòu)造幾乎任意的二維納米級圖形。
賀林指出，該項成果有助于解決集成電路產(chǎn)業(yè)目前在最小加工尺度上遇到的瓶頸，觸發(fā)納米加工的新革命。他說：“我們未來預(yù)期用DNA分子‘繪制’各種形狀的電子元器件，再通過引導(dǎo)金屬顆粒在DNA分子表面的聚集，使目前電子線路間近乎65納米的最小間距縮小到6納米左右。”這意味著，通過對DNA分子可控排布的操作，有望使目前集成電路發(fā)展的線寬瓶頸再次獲得突破。
據(jù)介紹，上海交大Bio-X中心DNA計算機交叉團隊目前正和中科院上海應(yīng)用物理研究所的研究者圍繞這一科學(xué)問題聯(lián)合攻關(guān)，著手研究通過控制DNA分子的手段加工更加精細(xì)的電子器件。
據(jù)悉，上海交通大學(xué)Bio-X中心DNA計算機交叉團隊和中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所科技人員合作構(gòu)造的這幅DNA納米結(jié)構(gòu)“仿中國地圖”，長150納米、寬120納米、厚2納米，分辨率高達6納米，人眼必須通過原子力顯微鏡才能看見它。
論文第一作者、上海交大Bio-X中心博士研究生錢璐璐介紹，DNA分子不僅是生命科學(xué)研究的熱點，同時也是材料科學(xué)的“潛力股”，一直被科學(xué)家視作塑造納米材料的理想素材。1989年，美國紐約大學(xué)教授Seeman首次提出利用DNA鏈的黏性末端將DNA由小單元拼接成大圖形的方法。這種“1.0版”的DNA自組裝結(jié)構(gòu)，能“繪制”十字網(wǎng)格等簡單圖形，但面對稍復(fù)雜些的圖形就束手無策。2006年3月，美國加州理工學(xué)院的Rothemund發(fā)明DNA“折紙術(shù)”：將長鏈反復(fù)折疊，用短鏈加以固定，由此就能“繪”出方形、矩形、五角星、笑臉等一系列對稱的DNA圖形。
由中科院院士、上海交大Bio-X中心主任賀林領(lǐng)銜的研究小組，采用Rothemund的DNA“折紙術(shù)”，用長、短兩種DNA單鏈構(gòu)建仿中國地圖。他們將一根由約7000個核苷酸組成的DNA長鏈通過水平方向反復(fù)折疊，填成中國地圖的形狀，再將多根由約32個核苷酸組成的DNA短鏈用作“訂書釘”，利用堿基互補的原理在適當(dāng)?shù)奈恢蒙橡ず稀⒐潭ㄕ郫B好的“地圖”。由于事先對DNA鏈的序列通過計算機程序進行了設(shè)計，當(dāng)這些長長短短的DNA鏈被放到同一杯溶液中，一瞬間就自動配起對來，通過原子力顯微鏡成像，納米級的“中國地圖”順利誕生于溶液之中。
錢璐璐指出，由于目前的技術(shù)手段仍有一定的限制，他們構(gòu)建的DNA“仿中國地圖”并不完全符合中國實際版圖，例如還無法“繪”出臺灣島、海南島等島嶼與大陸的海面分離以及南海諸島。但她表示，科學(xué)家在此之前曾用DNA折疊出數(shù)種圖形，但都不曾達到如此復(fù)雜的程度，更不曾嘗試過這種非對稱的二維形狀；DNA“仿中國地圖”的繪制，證實了DNA“折紙術(shù)”可構(gòu)造幾乎任意的二維納米級圖形。
賀林指出，該項成果有助于解決集成電路產(chǎn)業(yè)目前在最小加工尺度上遇到的瓶頸，觸發(fā)納米加工的新革命。他說：“我們未來預(yù)期用DNA分子‘繪制’各種形狀的電子元器件，再通過引導(dǎo)金屬顆粒在DNA分子表面的聚集，使目前電子線路間近乎65納米的最小間距縮小到6納米左右。”這意味著，通過對DNA分子可控排布的操作，有望使目前集成電路發(fā)展的線寬瓶頸再次獲得突破。
據(jù)介紹，上海交大Bio-X中心DNA計算機交叉團隊目前正和中科院上海應(yīng)用物理研究所的研究者圍繞這一科學(xué)問題聯(lián)合攻關(guān)，著手研究通過控制DNA分子的手段加工更加精細(xì)的電子器件。
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