作者:Ming Zheng 来源:《自然》 发布时间:2009-7-15 13:11:49
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开发出DNA序列分拣碳纳米管新法


 
碳纳米管为长形细小的石墨圆筒,具有电子学和热力学等多方面的特征,这些特征随着碳纳米管的形状和结构变化而有所不同。人们发现,碳纳米管多重性特征致使其本身有能力应用于电子学、激光器、传感器和生物医学,同时也能作为复合材料中的增强元素。
 
目前用于生产碳纳米管的方法所获得的是由粗细各异和对称性(或空间螺旋特征)不同的多种碳纳米管产品的混合物。在这些不同的碳纳米管使用前,需要把它们拆散开,按照电子特性进行分类并筛选出来。然而,从单壁纳米管混合物中系统地挑选出具有相同电子特征的碳纳米管是人们所期望的目标,也是至今为止被证明为难以逾越的障碍。
 
在最近出版的《自然》杂志上,美国杜邦公司和理海(Lehigh)大学科学家组成的研究小组表示,他们在生产碳纳米管(CNTs)方面取得了突破性的进展,成功开发出以DNA为基底的可从多种碳纳米管的混合物中分拣出特殊类型的碳纳米管的方法。
 
在《自然》杂志上撰文的作者分别是郑明、屠晓民、阿南德·贾古塔和苏热西·曼努哈尔(均为音译)。其中郑明和屠晓民为杜邦公司研发中心的科学家;贾古塔为理海大学化学工程教授,曼努哈尔为理海大学化学工程硕士生。他们的文章题为“用于碳纳米管特殊结构识别和分离的DNA序列”。
 
据悉,早在2003年,杜邦公司、麻省理工学院和伊利诺伊大学的科学家组成的研究小组曾开发出用单螺旋DNA和阴离子交换色谱法从半导体碳纳米管中筛选金属碳纳米管的方法,并在《科学》杂志上发表文章介绍了研究进展。研究小组的负责人是当时同在杜邦公司供职郑明和贾古塔。
 
新的研究成果显示,在2003年的基础上,科学家取得了显著的进步。现在,他们确认了20多个能识别碳纳米管类型的DNA短序列,这些DNA短序列能够从各种碳纳米管的混合物中分拣出所需的特殊类型的碳纳米管。
 
当前的试验研究由郑明和屠晓民在杜邦公司完成,而贾古塔和曼努哈尔利用分子模拟构建了结构模型。研究人员说,新的方法借助专门的DNA序列,可从碳纳米管混合物中分拣出所有12种主要的单空间螺旋特征的半导体碳纳米管,其分拣能力能够满足基础研究和应用开发的需求。
 
贾古塔表示,如果选择的DNA序列正确,那么它能识别某种特殊类型的碳纳米管,同时帮助人们将该碳纳米管从多种碳纳米管中分拣出来。他认为,这种具有实用性的成果进一步增大了人们开发出大规模生产碳纳米管的可能性。
 
那么,DNA序列是如何识别和分拣不同的碳纳米管的呢?研究小组表示,这同DNA自身的某种能力相关,该能力致使DNA可通过包裹碳纳米管,形成与其本身常见的双螺旋有所不同的结构。贾古塔介绍说,碳纳米管的圆筒形结构对于DNA而言是陌生的。但是,研究人员却能让DNA吸附到不同结构的表面。如果表面为类似于碳纳米管的圆筒形,那么人们获得的则是被称为贝塔管桶(beta—barrel)的变形体。
 
虽然目前研究人员还没有充分的证据用以证明他们的推测,但他们认为,间接的证据在极大程度上支持了他们的观点。他们相信,DNA能形成完美的有序结构,同时识别特殊的碳纳米管,正如同生物分子能够通过结构相互识别那样。
 
贾古塔认为,新的研究成果在生物医学分支中具有特殊的意义,碳纳米管的潜在应用之一是将碳纳米管放置在基底上,在人体中释放细胞。他同时表示,人们对该研究在生物医学中的应用很感兴趣,如何解释DNA同纳米材料的相互作用?碳纳米管是否在人体中有害?这是一个十分开放的领域。(来源:科技日报 毛黎)
 
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