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青年华裔学者Science封面获技术突破

2012.11.29

  来自哈佛大学的一个研究组将DNA当做到积木,玩得不亦乐乎,在过去半年里接连发表了多篇Nature,Science文章,为生物学,纳米科学提供了重要的研究工具,具有重要的医药应用价值。

  这一研究组就是华裔科学家印鹏(Peng Yin,音译)的研究组,印鹏的主要研究兴趣是基于触发分子几何学的工程生物成像探针,曾荣获2010年美国NIH院长创新奖。

  众所周知,DNA是遗传信息的传递者,但是结构DNA纳米技术却利用了DNA作为遗传信息编码聚合物的优点,通过DNA分子卓越的自组装和识别能力实现精确的纳米构架,就如同纳米机械在工作一样。至今不少科学家们在这一领域获得了多项重要的研究成果。

  今年6月,印鹏研究组就克服了之前的研究难题,提出了一种利用DNA“积木”设计的纳米设备,能将药物直接送至机体疾病所在之处。此后,9月这一研究组又发表论文,制造了一种新型的条形码,利用了DNA的天然自组装能力,将荧光分子附着到理想的位点,然后利用折纸技术用少数的荧光分子生成大量的条形码。由于它使得科学家们有可能比以往任何时候阐明更多的细胞结构,这可能会将许多添加到细胞成像的“工具箱”中。

  而最新这项研究中,印鹏等人利用DNA“积木”创造出了100个三维纳米结构,这种积木结构是由印鹏发明出来的――利用一种称为单链片(single-stranded tiles,SSTs,生物通译)的方法,令这些单链结构环环相扣,形成DNA“积木”,就像是乐高积木一样,通过编程,研究人员能将这些单链片组装成精确的形状。

  在此基础上,研究人员又进一步从原来的搭建平面墙壁,发展到了搭建三维的房子,这就意味着这一技术能用于研发更加精妙复杂的医学仪器,比如能选择性靶向疾病位置的设备,可编程的成像探针等等。

  由于这一成果的重要,Science将其作为封面文章推荐给了读者。

  

  (左边是计算机生成的3D模型,右边是对应的2D显微图像)

  最初印鹏发明的DNA“积木”方法局限于2D,新研究的突破点就是3D。

  要实现3D,诀窍在于首先准备一个大约长为32个碱基的DNA积木,其中每一个相配对的积木的方向要交错开来,呈90度角,从而研究人员就能构建出立体形状,凹凸有致的拼接积木,最终形成类似25纳米大小的三维结构。

  “这是一个简单灵活,并可靠的方法,”印鹏说。

  除此之外,还有一种构建三维结构的方法――DNA折纸,这种方法可用于构建复杂的形状,印鹏说,DNA折纸就像折叠一条长带子那样,把一条DNA长链反复折叠,形成需要的图形,就像用一根单线条绘制出整幅图画。折叠后的DNA长链,通过一些“钉子”对适当位置上的DNA短链加以固定,从而就能构建出了一张精美图谱来。

  哈佛大学Wyss研究院基金主任Don Ingber表示,“我们正加速研制能利用生物兼容性DNA分子,作为结构进行应用的方法,这对于医药研究具有重要的意义。”

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