上海應物所合作研究實現“中國地圖”上的DNA納米芯片

　　Small雜志封面

　　基因芯片(DNA芯片)是遺傳分析領域的重要工具。常用的DNA芯片都是將DNA探針分子固定在固態基片上，因此往往會受到固液界面反應效率的限制。最近，中科院上海應用物理研究所物理生物學實驗室和上海交通大學Bio-X研究院的研究人員合作，發展了一種基于DNA納米技術的液態DNA芯片，可以在溶液中的納米級“中國地圖”表面實現DNA雜交反應，并實現可尋址的高靈敏基因檢測。相關論文已發表于材料領域著名雜志《先進材料》 (Advanced Materials, 2010, 22, 2672-2675)。

　　DNA納米技術是近年來新興的前沿交叉領域，宗旨是利用DNA分子卓越的自組裝和識別能力，將其作為一種納米材料實現精確的自底向上的納米構筑。2006年，加州理工學院的Rothemund博士發展出了DNA折紙術(Nature 2006)，被譽為DNA納米技術領域的一個重要里程碑。理論上，DNA折紙術可以用DNA分子設計任意形狀的圖形和三維結構，已在構筑DNA分子計算機、DNA分子機器、生物傳感器和生物芯片等方向發揮了重要作用。DNA折紙術的一個重要應用是美國亞利桑那州立大學的顏顥教授(上海應用物理所客座研究員)首先提出在對稱的DNA方塊上進行RNA的雜交檢測(Science 2008)，從而實現了DNA納米技術向生物領域的回歸。

　　2003年，DNA計算合作組在上海市科委支持及賀林院士的創導和領導下成立了。DNA折紙術問世之后該合作組迅速以此為切入口，發揮生物、納米、計算等多學科交叉的優勢，完成了將DNA折紙術從最初的對稱圖形到不對稱圖形的設計，并在賀林、樊春海、胡鈞等指導下，由錢璐璐博士“繪制”了基于DNA折紙術的納米尺度“中國地圖”(《科學通報》2006)，成為該領域第二個發表的重要工作。

　　在此基礎上，該合作組的張釗博士充分利用地圖的不對稱性和可尋址的特點，實現了無需編碼索引而空間可尋址的液相DNA納米芯片，并通過原子力顯微鏡技術實現納米芯片的信號輸出。同時，張釗等又通過在“中國地圖”表面引入鏈置換反應，增加了DNA雜交過程的特異性，從而實現對單堿基變異性的高特異性分辨，這為基于單堿基多型性的遺傳分析提供了一個新的納米工具，相關論文已發表于納米領域重要雜志Small (2010, 6, 1854-1858)，并被選為當期的Frontispiece論文。