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我科学家用DNA链绣出直径150纳米中国地图

http://www.aweb.com.cn 2007年01月05日 05:52 农博网

  科学时报北京1月3日讯 (记者 刘英楠) 用一根2.4微米长——相当于头发丝直径的1/40——的天然DNA单链当“线”,“绣”出一幅直径150纳米、分辨率6纳米的“中国地图”,2006年最后一期《科学通报》刊登的这一成果,标志着我国已掌握用DNA分子构筑高度复杂性纳米结构的技术。

  据悉,上海交通大学Bio-X中心DNA计算机交叉团队和中国科学院上海应用物理研究所科技人员合作构造的这幅DNA纳米结构“仿中国地图”,长150纳米、宽120纳米、厚2纳米,分辨率高达6纳米,人眼必须通过原子力显微镜才能看见它。

  论文第一作者、上海交大Bio-X中心博士研究生钱璐璐介绍,DNA分子不仅是生命科学研究的热点,同时也是材料科学的“潜力股”,一直被科学家视作塑造纳米材料的理想素材。1989年,美国纽约大学教授Seeman首次提出利用DNA链的黏性末端将DNA由小单元拼接成大图形的方法。这种“1.0版”的DNA自组装结构,能“绘制”十字网格等简单图形,但面对稍复杂些的图形就束手无策。2006年3月,美国加州理工学院的Rothemund发明DNA“折纸术”:将长链反复折叠,用短链加以固定,由此就能“绘”出方形、矩形、五角星、笑脸等一系列对称的DNA图形。

  由中科院院士、上海交大Bio-X中心主任贺林领衔的研究小组,采用Rothemund的DNA“折纸术”,用长、短两种DNA单链构建仿中国地图。他们将一根由约7000个核苷酸组成的DNA长链通过水平方向反复折叠,填成中国地图的形状,再将多根由约32个核苷酸组成的DNA短链用作“订书钉”,利用碱基互补的原理在适当的位置上黏合、固定折叠好的“地图”。由于事先对DNA链的序列通过计算机程序进行了设计,当这些长长短短的DNA链被放到同一杯溶液中,一瞬间就自动配起对来,通过原子力显微镜成像,纳米级的“中国地图”顺利诞生于溶液之中。

  钱璐璐指出,由于目前的技术手段仍有一定的限制,他们构建的DNA“仿中国地图”并不完全符合中国实际版图,例如还无法“绘”出台湾岛、海南岛等岛屿与大陆的海面分离以及南海诸岛。但她表示,科学家在此之前曾用DNA折叠出数种图形,但都不曾达到如此复杂的程度,更不曾尝试过这种非对称的二维形状;DNA“仿中国地图”的绘制,证实了DNA“折纸术”可构造几乎任意的二维纳米级图形。

  贺林指出,该项成果有助于解决集成电路产业目前在最小加工尺度上遇到的瓶颈,触发纳米加工的新革命。他说:“我们未来预期用DNA分子‘绘制’各种形状的电子元器件,再通过引导金属颗粒在DNA分子表面的聚集,使目前电子线路间近乎65纳米的最小间距缩小到6纳米左右。”这意味着,通过对DNA分子可控排布的操作,有望使目前集成电路发展的线宽瓶颈再次获得突破。

  据介绍,上海交大Bio-X中心DNA计算机交叉团队目前正和中科院上海应用物理研究所的研究者围绕这一科学问题联合攻关,着手研究通过控制DNA分子的手段加工更加精细的电子器件。

    (文章来源:科学时报)


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