结晶的DNA纳米技术的梦想

DNA得到了关注对其作为一个可编程的潜在材料平台,可以产生全新的革命性nanodevices在计算机科学中,显微镜,生物学等等。研究人员一直在努力掌握能力诱导DNA分子自我组装成所需的精确的形状和大小,为了充分实现这些纳米技术的梦想。

过去20年来,科学家们试图设计大型DNA晶体精确规定的深度和复杂的特性,设计追求仅仅是完成了由哈佛大学的生物工程研究所。团队建立了32个DNA晶体与精确定义深度和各式各样的复杂的三维(3 d)特性,提前发表在化学性质。

团队利用“DNA-brick自组装”方法,首次公布了2012年科学刊物当他们创造了超过100个3 d复杂纳米结构大小的病毒。newly-achieved周期性晶体结构是超过1000倍比离散DNA砖结构,大小接近的尘埃,实际上是世界上相当大的DNA纳米技术。

“我们很高兴我们的DNA砖方法解决了这一挑战,”资深作者和Wyss说研究所核心教员彭殷,博士,同时也是哈佛医学院的系统生物学副教授,“我们感到惊讶,它是如何工作的。”

科学家们在努力结晶复杂3 d DNA纳米结构使用更传统的自组装方法。错误的风险会增加结构重复单位的复杂性和DNA晶体的大小进行组装。

DNA砖方法使用短,合成DNA链,工作像联锁乐高®砖来构建复杂的结构。结构设计首先利用一个计算机模型分子的立方体,这成为一个主画布。添加或删除每个砖独立于3 d主画布到达所需的形状,然后设计付诸行动:匹配的DNA链来实现所需的结构混合在一起和自组装实现设计的晶体结构。

”我们的设计的主要特色所在琢磨模块化,”该研究的立法Ke,博士,前Wyss研究所做博士后研究助理教授,现在在乔治亚理工学院和埃默里大学。“能够简单地添加或删除从主画布很容易创建几乎任何设计。”

模块化也相对容易精确定义晶体深度。“这是第一次有人证明了合理设计水晶深度与纳米精度的能力,80 nm在这项研究中,“柯说。相比之下,以前的DNA二维晶格一般单层结构只有2 nm深度。

“DNA晶体对纳米技术的应用,因为他们的吸引力是重复结构单元组成的可伸缩的设计特性提供了一个理想的模板”,该作者研究生Luvena Ong说。

此外,作为这项研究的一部分,团队展示位置金纳米粒子进入规定的2 d架构能力小于2纳米沿着晶体结构——除了彼此未来的量子设备的一个关键特性和重要技术进步的可伸缩的生产,说该研究魏太阳,博士,Wyss研究所博士后。

“我的先入为主的观念的局限性DNA一直粉碎了我们的新DNA纳米技术的进步,”威廉·施说,博士,谁是这项研究的共同作者,Wyss研究所成立核心教员,以及系的副教授哈佛大学医学院生物化学与分子药理学和dana - farber癌症研究所癌症生物学。“现在DNA纳米技术使我们组装、可编程的方式,规定结构的复杂性不亚于在自然界中许多分子机器我们看到。”

“彭的团队使用DNA-brick自组装方法构建DNA纳米技术的新的景观的基础速度令人印象深刻,”Wyss学院创始董事也因格贝尔说,医学博士博士。“仅仅是幻想的DNA分子可以用来推进从生物物理学的半导体产业迅速成为现实。”

工作涉及到丹麦奥胡斯大学的合作者,并由美国海军研究办公室(ONR),陆军研究办公室(ARO),美国国家科学基金会(NSF)、国家卫生研究院(NIH)和哈佛大学生物工程研究所。