生物科学门户网站
BIO1000.COM

DNA折纸创造基于DNA的纳米机器

新的革命几乎就在这里,它运行在DNA纳米机器上,这在生物医学研究和材料科学中非常有用。最近发表在“科学”杂志上的一篇新文章讨论了这些微型机械仪器是如何通过“DNA折纸”以不同的方式创造的,以picoNewtons或pN(10 pN为“大约一个”的尺度创建,携带和感知机械力十亿分之一的纸夹“)。

这个领域扩展到早期的微机械领域,但重点是机器小几千倍。Nanomachines一直是许多研究人员试图达到的目标。看起来像评论家所说的“DNA机械技术”可能是利用DNA的自组装特性构建纳米级最复杂设计的答案。

为什么纳米机器中的DNA?

DNA是人类和许多其他物种的遗传物质。它是四个含氮碱基的链,称为腺嘌呤,鸟嘌呤,胞嘧啶和胸腺嘧啶,分别用字母A,G,C和T表示。

这些碱基可以以特定的方式配对,即A与T,C与G配对,形成双链的基础 - 着名的DNA双螺旋。虽然在自然界中链的两条链都是由同一生物形成的,但科学家们早已成功地合成了DNA。它们还能够与来自合成来源的一条链和来自噬菌体的另一条链形成杂合DNA。

例如,DNA链在细胞分裂期间也会彼此构建自身的拷贝。他们可以做到这一点,因为互补碱基配对,其中一条DNA链是另一条链的“镜像”。

因此,DNA链中的碱基移位导致碱基与DNA分子的另一部分中的互补序列配对,这导致分子改变形状 - 例如,如果模板序列和互补序列彼此不直接相对,但其中一个是上游或下游的相当大的方式。因此,DNA的形状,刚度和卷曲都可以通过移动碱基序列来调节。

这种方法称为DNA折纸。例如,DNA折纸用于创建刚性探针手柄,以最小化由早期聚合物手柄的柔韧性引起的热波动,从而避免人为噪声。然而,它仍然能够组装另一对与原始对互补的股线。

一开始

在20世纪80年代,DNA首先被用作可以制造纳米级器件的材料。该领域首先由Nadrian Seeman概念化。

起初只是想到一种叫做DNA折纸的新奇事物,因为能够在亚微观尺度上制作精确细致的3D主体,技术人员很高兴创造出迷人的小物体,如世界上最小的井字体,或者分钟的世界地图。

然而,这些知识在帮助科学家理解DNA的机械特性方面具有重要价值,而DNA的机械特性是将该领域发展成为由DNA产生的纳米机器的基础。这可以帮助创建可以推动或拉动生物分子或其他纳米材料的机器,以实现生物学,生物医学甚至材料科学中的特定任务。

所有机械装置都做三件事之一:它们产生力量;它们传递力量;或者他们感觉到力量。DNA链可用于创建数万个单独的DNA链,这需要混合以立即进行复杂的3D装置,精确到纳米级。

DNA的特性使得纳米机器的快速和可预测的自我构建能够完成一系列有用的任务,这些任务由化学能提供动力:纳米胶囊只有在到达特定的位置时才会打开;一台纳米计算机;或者可以作为微型装配线工人的纳米机器人。

此外,基因组学研究中使用的DNA自组装和根据需要容易地对其进行修饰的能力使得利用快速且相对便宜的方法合成DNA成为可能,从而迅速推动该领域的发展。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。