蒙娜麗莎的DNA版本新鮮出爐,預示可編程分子材料的進步

Lynn 8年前 (2017-12-07)

與現有的DNA編輯技術的原理一樣,研究團隊也是依據DNA鏈中核苷酸的配對方式來實現對DNA分子的編輯和控制的。

達·芬奇的著名畫作《蒙娜麗莎》發展至今,已經有很多版本了。

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還有抽煙的蒙娜麗莎:

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蒙娜麗莎要被玩壞了,但科技研究者們依然不放過她。

加州理工學院的研究人員開發了新玩法,用DNA鏈折疊技術組合出了一幅迷你抽象版蒙娜麗莎拼圖,寬度只有100納米。

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乍一看,像極了某蓄著絡腮胡的大漢...但,我們今天的重點不在“玩”,而是動圖中操作本身意味著什么?

這項技術可以讓材料根據人們的需求自動組成任何DNA結構,以形成任何想要的圖案,這也就意味著,研究學者們打開了微分子“智能”可編輯材料的大門。

首先來了解下這項玩壞蒙娜麗莎的技術。

2006年,加州理工學院的計算和神經系統的研究教授Paul Rothemund就開發了這種將DNA折成規定形狀的方法,不過,其中一些應用需要更大的DNA結構材料,這會提高操作難度且浪費材料。

針對這一問題,加州理工學院生物工程助理教授錢露露(音譯)和其他科學家們開發出一種廉價的方法,通過這種方法,DNA折疊技術可以組裝成可定制模式的大規模陣列。

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與現有的DNA編輯技術的原理一樣,研究團隊也是依據DNA鏈中核苷酸的配對方式(即A和T、G和C)來實現對DNA分子的編輯和控制的。

實驗中,為了讓DNA自動形成一個正方形,研究人員采用了長的單鏈DNA(主鏈)和許多較短的單鏈,通過結合規則的設計將短鏈結合在長鏈上;隨后研究人員將DNA鏈放到相應的試管中進行自動組合處理,當短鏈和長鏈在試管中結合時,長鏈會被彎曲成一定的形狀。而大型的圖案就是由許多小正方形的DNA塊拼成,就像是拼湊拼圖一樣。

但是讓其自動按要求組成復雜的蒙娜麗莎圖像還是不容易的,因為每一小塊DNA“拼圖”的邊緣都要和其他的部分吻合好,所以怎么“拼”也是一個大問題。

對此,研究人員Philip Petersen解釋道:“一旦每一小部分完成了結合,我們就把它們放到我們的試管中,共64個管,其中我們需要了解每個管子里的是怎樣的部分,然后根據管子里的DNA鏈將四個管子一組,拼湊起來,直到得到16個2*2的正方形構造,再進一步組合成四個4*4的,最后拼成一個64根管的整體。”

值得指出的是,這一拼湊過程的步驟相對還是十分規律和易于編程的,故而無論多大的DNA鏈構造,都可以通過對其編程來實現了。

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