作者:马兴毅等 来源:《自然—通讯》 发布时间:2016/10/20 14:22:08
选择字号:
生物DNA可调控金属纳米物质的合成

 

马兴毅博士,高丽大学化工生物工程学院、融合化工系统研究所研究教授。

工程设计蕴涵着先进科技,同时充满了艺术魅力。一个高效的程序,一部精密的设备,一个复杂的集成电路,无不反映着工程的科学性和设计性。智能电子设备和生物医疗等产业的飞速发展,对工程设计的精度提出了越来越高的要求,尺度范围已进入纳米级别(1纳米=10-9米,大约是成人毛发生长1秒的长度)。三星电子定于今年晚些时候投产的10nm芯片生产工艺是一个典型例证,该工艺将使处理器功耗降低40%,速度提升20%。

在纳米尺度下,对材料和结构进行设计非常困难,这由于金属和半导体材料的物理化学性质在该尺度下会异于常态,其结构的可控性也变得极低。如何根据特定的要求对纳米材料进行设计和合成,并在可控度和精度上取得突破,是当前世界范围内材料和化学工程师共同面对的难题之一。

最近,韩国高丽大学研究教授、成均科技有限公司合伙人马兴毅博士及其合作者将人们所熟知的基因片段(DNA分子)应用在没有生命的无机化学领域,首次利用DNA调控了金纳米颗粒在溶液中的定向生长,创新出了“设计+合成”一步到位的金属纳米材料的制备方法。该研究同时由美国加州大学伯克利分校、尔湾分校和科罗拉多大学博尔德分校的研究者参与完成,相关成果“Gold nanocrystals with DNA-directed morphologies(形貌由DNA调控的金纳米晶体)”在国际著名期刊Nature Communications上发表。

在生命体中,DNA可指导生物功能分子蛋白质的合成,进而控制生命过程。在该研究中,DNA被利用在没有生命的无机化学范畴,来指导金属纳米材料的合成。通过控制反应体系,DNA可控制金原子沿着特定的方向结晶生长;通过控制DNA分子的数量和形态,可以合成出具有不同形貌和结构的金纳米颗粒,最终获得具有自定义属性的材料。例如,特定数量的直线型DNA调控合成出具有特定分枝数量的星状纳米颗粒,不同的分枝结构产生不同的光学吸收性能,在光谱中显示为不同的特征曲线;将不同的生物抗体结合到纳米颗粒表面之后,可以捕获人体血液中对应的致病抗原,进而实现实时、多功能的医学光谱诊断。更为有趣的是:某原核细胞中的质粒DNA调控合成出纳米尺寸的金花,这朵金花的花瓣小于100纳米,花茎细到5纳米,差不多是目前世界上最小的一个。

对纳米尺度的金属材料实现精确可控的、结构可自定义的程式化设计,是当前材料界的重大突破,这意味着人们在微观世界获得了工程设计的主动权,并可创造更多充满结构艺术性和功能先进性的新型纳米材料,这将给纳米技术的发展带来巨大推动力。“信息技术、纳米技术和生物技术一起被公认为21世纪的三大高新科技,世界主要国家已经在这些领域展开激烈竞争并希望推进新一轮产业革命。”马教授进一步解释道:“实际上,三大技术都涵盖许多学科,彼此之间相互融合而非孤立。以往,纳米技术更多地服务于生物技术,比如纳米材料应用于生物医学诊断和治疗;现在,我们反向思考,使生物分子服务于纳米技术的研究。各种生物分子组成了一个百宝箱,它们在千百万年的生命进化过程中仿佛已经充满灵性,可以帮助纳米工程师解决很多之前无法解决的问题。我们的研究工作只是一个开始,希望这个工作可以给予研究者更多的灵感,去推进纳米生物技术的深层次发展。”(来源:科学网)

 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。

 
相关新闻 相关论文

图片新闻
小天体“天涯海角”或由不同石块组成 澄江动物群发现环节动物门的原始远祖
英国欲成立国际研究基金 古巴宪法承认气候变化威胁
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐