在一項(xiàng)名為DNA折紙的技術(shù)中，研究人員一次又一次地折疊長鏈DNA，以構(gòu)建各種微小的3D結(jié)構(gòu)，包括微型生物傳感器和藥物輸送容器。DNA折紙技術(shù)于2006年在加州理工學(xué)院首創(chuàng)，近十年來吸引了數(shù)百名新的研究人員。他們渴望建造能夠檢測(cè)和治療人類疾病、評(píng)估污染物對(duì)環(huán)境的影響以及協(xié)助研究的容器和傳感器。許多其他生物應(yīng)用。
雖然DNA折紙的原理非常簡單，但設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)所用的工具和方法并不總是容易掌握，也沒有完整的文獻(xiàn)記載。另外，不熟悉這種方法的科學(xué)家沒有單一的參照物，只能尋求建立DNA結(jié)構(gòu)最有效的方法，以及如何避免可能浪費(fèi)數(shù)月甚至數(shù)年研究的陷阱。
這就是為什么國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)的研究人員雅各布馬奇克斯和亞歷克斯利德爾憑借多年的經(jīng)驗(yàn)，編寫了第一份關(guān)于脫氧核糖核酸折紙的詳細(xì)教程。他們的綜合報(bào)告為用最新工具設(shè)計(jì)DNA折紙納米結(jié)構(gòu)提供了一步一步的指南。1月8日，Majikes和Liddle在《國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所研究》雜志上描述了他們的工作。
Majikes說：“我們想把人們開發(fā)的所有工具放在一個(gè)地方，解釋傳統(tǒng)期刊文章中不能說的內(nèi)容?！薄霸u(píng)論文檔可能會(huì)告訴你每個(gè)人都做了什么，但不會(huì)告訴你人們是如何做的。”
DNA折紙依賴于DNA分子互補(bǔ)堿基對(duì)相互結(jié)合的能力。在DNA的四個(gè)堿基中——腺嘌呤(A)、胞嘧啶(c)、鳥嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)——A與T和G一起結(jié)合到c上，這意味著As、Ts、Cs和Gs的特定序列會(huì)發(fā)現(xiàn)并結(jié)合到它的補(bǔ)體上。
結(jié)合使脫氧核糖核酸的短鏈充當(dāng)“主食”，保持長鏈折疊或連接獨(dú)立的鏈。典型的折紙?jiān)O(shè)計(jì)可能需要250個(gè)訂書釘。通過這種方式，DNA可以自組裝成各種形狀，形成納米尺度的框架，各種納米粒子(許多在醫(yī)療、生物研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)中有用)可以附著在納米框架上。
馬奇克斯說，使用DNA折紙的挑戰(zhàn)是雙重的。首先，研究人員正在使用外語(堿基對(duì)A、G、T和C)制作3D結(jié)構(gòu)。此外，他們正在使用這些堿基對(duì)的釘來扭轉(zhuǎn)和解開熟悉的脫氧核糖核酸分子雙螺旋，從而將鏈彎曲成特定的形狀。這可能很難設(shè)計(jì)和可視化。Majikes和Liddle敦促研究人員在開始制造之前，通過構(gòu)建3D模型來增強(qiáng)他們的設(shè)計(jì)直覺，例如由條形磁鐵制成的雕塑。這些模型可以揭示折疊過程的哪些方面至關(guān)重要，哪些方面不那么重要，然后應(yīng)該將其“展平”到2D，以便與通常使用二維表示的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具DNA折紙兼容。
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