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2017年4月5日

用DNA纳米管在两个分子柱之间架起桥梁

这项研究可能开启了细胞直接交流的新途径。

研究人员在实验室培养皿表面,将DNA纳米管组装成拱形的桥状结构,将两个分子标记连接起来。

在一个微观的壮举中,这就像走钢丝的表演,霍普金斯大学的研究人员在实验室培养皿表面将DNA纳米管组装成拱形的桥状结构,将两个分子标记连接起来。

这个团队最近在《自然纳米技术》杂志上发表文章称,未来,这种自我组装桥梁的过程可能用于电子医疗设备与细胞间的连接。

为描述这一过程,该大学怀廷工程学院化学与生物分子工程系副教授,资深作者Rebecca Schulman,将其简称为电影《走钢丝的人》里的玩命特技。这个影片讲述了1974Philippe Petit在世贸中心双子塔之间走钢丝的故事。

舒尔曼指出,一种老式工程,在这次跨越的实现过程中是不可或缺的重要组成部分:Petit的伙伴用弓箭发射绳索跨越两塔之间的鸿沟,并将它固定到两个建筑上。

“这样的壮举以人类的能力很难做到,”舒尔曼说。“我们能要求分子做同样的事情吗?我们能让分子在现有结构上建立其他分子或地标之间的桥梁吗?”

该论文的主要作者,舒尔曼实验室的博士后研究员Abdul Mohammed用另一种比喻来描述他们在纳米级水平上实现的分子架桥的壮举。“如果这个过程是发生在人类的规模上,”Mohammed说,“就相当于一个人从足球场的一边射出钓鱼线试图钩住站在另一边的人。”

为了完成这项任务,研究人员转而研究DNA纳米管。这些微小的积木,由合成DNA的短序列形成,已成为新兴的纳米技术建设领域流行的材料。这些序列特别有用,因为它们能够组装出被称为DNA纳米管的长管状结构。

在霍普金斯的研究中,这些构建块附着于分离分子锚柱,锚柱代表着连桥的起点和终点。这两个锚柱上形成两个纳米管链,每一个从它的锚柱向外伸展。然后,像一锅沸腾的水中的意大利面一样,加长管链到处翻腾,以无序的方式探索其环境。最终,这一运动允许两个分开的纳米管股的端部彼此接触,并连接在一起形成一个连接桥跨。

为了进一步了解这个过程是如何发生的,研究人员用显微镜观察碳纳米管与它们的分子标志物之间的联系,这些分子标记被不同颜色的荧光染料标记并附着在透明玻璃上。该小组的视频设备也捕获了纳米管跨度的形成,两个桥段延长直至最终连接的过程。在伴随示例中完成纳米级桥梁的构建大约花了六个小时的时间,但是团队展示的视频被明显加快了,以便能够更快速的回顾这一过程。根据分子锚柱的位置间距的不同,连接过程可需要从几小时到两天不等。

研究人员说,组装这些桥的能力显示了一种制造医疗设备的新方法:利用电线、通道或其他设备“插入”细胞表面的分子。这些技术可以用来理解神经细胞通讯或使治疗达到前所未有的精度。研究人员称,分子桥梁建设也是迈向纳米级网络设备和“城市”的重要发展,它使机器或工厂的新部件能够相互通信。

团队录下了这种不寻常的纳米性能的示例视频。

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