什么是结构dna纳米技术

什么是结构 DNA 纳米技术？ DNA 不仅仅是生命的密码，它还是制造纳米级构件和设备的通用元件。 DNA 的互补碱基对能够优先结合形成双螺旋链，通过合成适当的 DNA 片断， 就可以使它们按计划自行装配成复杂的结构。左图是一个截短了的八面体的棒 状模型，它有 6 个四边形面和 8 个六边形面，每个边长约 20 纳米。从每个角上， 延伸出一个短的 DNA“发夹 ”。这些“发夹”可以被修饰，以将截短八面体连接在 一起，形成规则的三维折叠结构。 2003 年是 D. Watson 和 H. Crick 发现 DNA 双螺旋结构 50 周年。这一发现 使遗传学问题简化成了化学问题，并奠定了之后半个世纪生命科学的基础。今 天，成千上万的研究者正在努力工作，试图破译基因控制生物体发育及机能的 秘密。而所有这些基因都记录在 DNA 这种媒介上。 然而，除了生物化学，这种特殊的分子还有其他用途。通过现代生物技术， 我们可以制造出很长的 DNA 分子，上面排列着根据意愿选择的构建模块序列。 这为 DNA 的应用开辟了广阔的新天地，而不仅限于自然界中生物进化的领域。 例如，1994 年美国南加州大学的 M. Adleman 证明了 DNA 如何被用作计算设备。 而在本文中，我想讨论 DNA 的另一项非生物学用途：建造纳米级的器械和设备 它们的基本元件和结构只有 1 到 100 纳米大小。 这种元件有着许多潜在的应用。DNA 制造的规则的栅格能够有序地容纳多 个生物大分子，以便用 X 线晶体成像术测定它们的结构，这是药物推理设计中 的一个重要步骤。另外，这种栅格还可以成为搭载纳米级电子元件的平台 作为工作设备或是设备制造过程中的一个步骤。利用 DNA 制造的分子水平的精 密元件还可制造新材料。活动的 DNA 元件还可用于纳米机械的传感器、开关、 镊子以及更精密的机器人。 分枝状 DNA “纳米级”指的是分子水平。通常两个原子之间的化学键大约为 0.15 纳米 （一纳米是一米的十亿分之一） 。DNA 的双螺旋直径大约两纳米，螺距为 3.5 纳 米左右（约 10 个碱基对的距离） 。碱基对构成了 DNA 梯子上的“横木” 。一小段 DNA 片断与其他化合物有着非常特殊的相互作用，这种作用依赖于碱基对的排 列顺序。人们设想利用这些 DNA 链来认知特殊的分子，或是作为催化剂控制某 种材料的成分。多年来，生物学家一直在利用 DNA 的认知特性，尤其是遗传工 程学中的“粘性末端 ”的应用。当双螺旋中的一条链比另一条多延伸出几个未配 对的碱基时，粘性末端便产生了。通过粘着，突出的部分与另一条有着互补碱 基的 DNA 链相结合。对应关系为：一条链上的腺嘌呤碱基A另一条链上的胸腺 嘧啶碱基T相匹配，胞嘧啶C则与鸟嘌呤G 相匹配。 乍一看，好像 DNA 并不能生成令人感兴趣的器件。天然的 DNA 形成一条 直链，像一条长绳，以至于每个人都设想由它造出的东西不是直的就是圆的， 但是直链不是 DNA 存在的唯一形式。在细胞内某个过程中，DNA 主要以一种分 枝状的大分子形式存在。这种分枝结构发生于 DNA 复制（为细胞分裂作准备） 和重组（遗传物质在配对的染色体之间交叉互换，就和精子卵子形成时的情况 一样）阶段。 这种分枝结构形成于 DNA 双螺旋部分解旋成为两条单链时。复制过程中， 每条单链沿着它的全长添加相对应的核苷酸，成为新的双螺旋（核苷酸是碱基 与双螺旋骨架