我科學家用DNA鏈繡出直徑150納米中國地圖
用一根2.4微米長——相當于頭發絲直徑的1／40——的天然DNA單鏈當“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《科學通報》刊登的這一成果，標志著我國已掌握用DNA分子構筑高度復雜性納米結構的技術。
據悉，上海交通大學Bio-X中心DNA計算機交叉團隊和中國科學院上海應用物理研究所科技人員合作構造的這幅DNA納米結構“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研究的熱點，同時也是材料科學的“潛力股”，一直被科學家視作塑造納米材料的理想素材。1989年，美國紐約大學教授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自組裝結構，能“繪制”十字網格等簡單圖形，但面對稍復雜些的圖形就束手無策。2006年3月，美國加州理工學院的Rothemund發明DNA“折紙術”：將長鏈反復折疊，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中心主任賀林領銜的研究小組，采用Rothemund的DNA“折紙術”，用長、短兩種DNA單鏈構建仿中國地圖。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的位置上黏合、固定折疊好的“地圖”。由于事先對DNA鏈的序列通過計算機程序進行了設計，當這些長長短短的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，由于目前的技術手段仍有一定的限制，他們構建的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，科學家在此之前曾用DNA折疊出數種圖形，但都不曾達到如此復雜的程度，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”可構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業目前在最小加工尺度上遇到的瓶頸，觸發納米加工的新革命。他說：“我們未來預期用DNA分子‘繪制’各種形狀的電子元器件，再通過引導金屬顆粒在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展的線寬瓶頸再次獲得突破。
據介紹，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用物理研究所的研究者圍繞這一科學問題聯合攻關，著手研究通過控制DNA分子的手段加工更加精細的電子器件。
據悉，上海交通大學Bio-X中心DNA計算機交叉團隊和中國科學院上海應用物理研究所科技人員合作構造的這幅DNA納米結構“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研究的熱點，同時也是材料科學的“潛力股”，一直被科學家視作塑造納米材料的理想素材。1989年，美國紐約大學教授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自組裝結構，能“繪制”十字網格等簡單圖形，但面對稍復雜些的圖形就束手無策。2006年3月，美國加州理工學院的Rothemund發明DNA“折紙術”：將長鏈反復折疊，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中心主任賀林領銜的研究小組，采用Rothemund的DNA“折紙術”，用長、短兩種DNA單鏈構建仿中國地圖。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的位置上黏合、固定折疊好的“地圖”。由于事先對DNA鏈的序列通過計算機程序進行了設計，當這些長長短短的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，由于目前的技術手段仍有一定的限制，他們構建的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，科學家在此之前曾用DNA折疊出數種圖形，但都不曾達到如此復雜的程度，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”可構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業目前在最小加工尺度上遇到的瓶頸，觸發納米加工的新革命。他說：“我們未來預期用DNA分子‘繪制’各種形狀的電子元器件，再通過引導金屬顆粒在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展的線寬瓶頸再次獲得突破。
據介紹，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用物理研究所的研究者圍繞這一科學問題聯合攻關，著手研究通過控制DNA分子的手段加工更加精細的電子器件。
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