我國DNA納米技術研究不斷取得新突破

　　DNA納米技術是利用DNA的分子性質，如自組裝的特性，構建出可操控的新型納米尺度聚集體或超分子結構。此時，DNA的作用不是遺傳物質，而是作為結構模板，或是作為計算工具。

　　DNA納米技術是一個新興研究領域，具有廣闊的發展前景。2006年，加州理工學院博士Rothemund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。相關技術被美國《大眾機械》雜志評為2010年十大科技發展趨勢之一。

　　目前，DNA納米技術已被應用到生物、醫學檢測，新材料開發，DNA計算機等多個領域。IBM公司正在利用DNA納米技術研制新型芯片；在芯片上，電子線路間的距離將僅僅為6納米左右，遠遠低于目前45納米的標準。利用這種技術，IBM公司將研制出更小、更便宜的微處理器芯片。

　　在這場激烈的競爭中，上海交通大學Bio-X研究院、中國科學院上海應用物理研究所等在DNA納米技術研究方面不斷取得新突破。

　　2006年，在中國科學院院士賀林的領導下，上海交大Bio-X研究院開創性地“創作”出一幅長150納米、寬120納米、厚2納米，分辨率6納米的“DNA中國地圖”，人眼必須通過原子力顯微鏡才能看見。它是世界上第一個不對稱的二維DNA圖形。在此之前，科學家們曾用DNA折疊出數種圖形，但都不曾達到如此復雜的程度，更不曾嘗試過這種非對稱的二維形狀。

　　“DNA中國地圖”證明，DNA折紙術具有構造任何復雜二維納米級形狀的能力。該項成果有助于解決集成電路產業目前在最小加工尺度上遇到的瓶頸，觸發納米加工的新革命。同年，上海交大Bio-X研究院構建出完全由DNA堿基構成的邏輯門，實現了DNA計算領域的一項重大突破，文章發表在國際學術期刊《德國應用化學》上。2007年，基于DNA線性自組裝的加法策略，上海交大Bio-X研究院率先展示了第一臺實體雛形DNA計算機。

　　2010年，上海交大Bio-X研究院更是碩果累累。上海世博會期間，該院科研人員李璨等把DNA鏈像搭積木一樣組裝拼接，設計出三維DNA結構——世博會中國館，實現了二維DNA圖形到三維DNA結構的突破。

　　近期，在賀林帶領下，李璨、樊春海、張釗等開發的“DNA納米中國芯”可以在溶液中的納米級“中國地圖”表面實現可尋址的高靈敏基因檢測，實現了對單堿基多型性（SNP）的高特異性分辨，為DNA納米技術在醫學、遺傳學等領域的實際應用邁出重大一步。“這一工作很可能孕育著一場納米技術的革命”。相關工作發表在國際學術期刊《先進材料》上，以及作為封面論文發表在納米技術領域影響很大的Small雜志上。

　　由于復雜結構中DNA走向設計的工作量非常大，最近，李璨等開發了完全自動設計DNA自組裝納米結構的網絡服務器，把DNA結構設計簡化到一名小學生坐在電腦前學幾分鐘就可以實現的程度。程序的名字叫minDNAno，是mind（頭腦）加上nano（納米科技nanotechnology）的簡稱，中間夾著DNA（脫氧核糖核酸），寓意它是像聰明人一樣觀察仔細、照顧細節的計算機程序——實現抓住一個來源于生活中的圖像輪廓，制作一個和它一樣的設計完整的DNA自組裝結構。目前，進一步的工作仍在進行中。

　　在盡可能精細的尺度上控制物質結構是化學、材料科學和納米技術的一個主要目標。分子自組裝代表了一種“自下而上”的制造高精度復合物的方法。DNA分子不僅是生命科學的“大紅人”，而且是材料科學的潛力股，科學家將其視作塑造納米材料的理想素材，在構建納米元件和納米尺度的醫學檢測芯片上具有重要應用。

　　最近，中科院上海應用物理所物理生物學實驗室和美國亞利桑那州立大學的研究人員合作發展了一種基于DNA納米技術的三維DNA納米結構探針，并在此基礎上構建了一類新型生物傳感平臺，實現了對基因和蛋白質的高性能檢測。相關論文發表在國際學術期刊《先進材料》上。研究人員進一步證明，此新型生物分子識別界面適用于電化學、表面等離子體共振、石英晶體微天平、微懸臂梁等一系列傳感技術。這一平臺技術可能會為生物傳感領域打開一個新的研究契機。

　　賀林表示：“我國科學家取得的‘DNA納米中國芯’、DNA計算機邏輯門等重要成果，體現出了納米技術、生物醫學和計算科學等多學科交叉的合作效益。”