微米和纳米科技材料

全球最小蒙娜丽莎!科学家们利用DNA作画,500亿张才能填满一滴水

美国加州理工学院的生物工程研究院的保罗-罗特蒙德教授发明的一种DNA折纸技术,能让科学家们制造出任何特定图案的自组装DNA结构,而其大小只有100纳米宽,1滴水中就能容纳500亿份这样的DNA图案。

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蒙娜丽莎局部

DNA折纸革命彻底改变了纳米技术领域,开辟了构建微型分子器件或“智能”可编程材料的可能性。然而,其中一些应用需要更大的DNA折纸结构。

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DNA折纸技术

现在,加州理工学院生物工程研究院的钱璐璐助理教授,以及实验室的科学家们,开发出了一种廉价的方法,通过DNA折纸技术来创造出一种可以显示任何图像的画布。为了证明这一点,该研究小组绘制了世界上最小的达·芬奇的《蒙娜丽莎》复制品。

这项研究的成果发表在12月7日出版的最新一期《自然》杂志上。DNA可能是最著名的编码生物遗传信息,但同时,分子也是一个优秀的化学建筑模块。单链DNA分子的碱基配对“规则”使得设计DNA折纸成为可能。

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长链与短链的组合生成图案

例如要制作一个正方形画面,只需要一长串的DNA和许多更短的单股捆绑在长链上的多个指定位置即可。一个大的DNA画布是由许多较小的方形折纸砖组装而成的,就像拼拼图。分子可以选择性地附着在钉状物上,以产生原子力显微镜可以看到的凸起图案。

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电子显微镜下的DNA成像过程

研究人员致力于将不同的分子,如聚合物、蛋白质和纳米颗粒的DNA绘制成基础的电子电路,从而生产出更先进智能的材料,或者控制生物分子之间的相互作用。目前这项研究得到了美国国家科学基金会的大力支持。

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