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本文摘要:在一项新的研究中,中国上海交通大学、爱默生大学和美国普渡大学的研究人员用DNA构建了一个非常简单的机器,它由模块化DNA结构单元组装而成的DNA阵列组成,这些单元在两种不同的形状之间进行联合转换。他们说,这些DNA机器可能被用来生产纳米传感器或放大器。 潜在地,它们可以被归入逻辑门,也就是分子计算机的一部分。相关研究成果于2017年6月22日在线发表在《科学》杂志上,论文题目为“通过信息中继实现DNAMOLECULARRARAYSDRIVE的重构”。

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在一项新的研究中,中国上海交通大学、爱默生大学和美国普渡大学的研究人员用DNA构建了一个非常简单的机器,它由模块化DNA结构单元组装而成的DNA阵列组成,这些单元在两种不同的形状之间进行联合转换。他们说,这些DNA机器可能被用来生产纳米传感器或放大器。

潜在地,它们可以被归入逻辑门,也就是分子计算机的一部分。相关研究成果于2017年6月22日在线发表在《科学》杂志上,论文题目为“通过信息中继实现DNAMOLECULARRARAYSDRIVE的重构”。本论文的作者是艾默生大学佐治亚理工学院库尔特生物医学工程系助理教授、上海交通大学电子信息与电气工程学院科学家宋杰博士和美国普渡大学化学系程德茂。响应外部触发,DNA阵列改变形状。

图片来自永刚客。柯说,这些DNA机器需要在空间传输线性信息位或尺度信号。

柯说:“在基于DNA的计算领域,DNA包含信息,但这些DNA分子漂浮在溶液中。这项新研究的精妙之处在于,我们在一台真正的机器中将这些DNA部分连接在一起。”同样的,好几个实验室也用DNA生产出了纳米机器,比如镊子和轮椅。

柯说,他的团队对DNA阵列的研究说明了如何产生更简单的动态不道德结构。这些DNA阵列的结构看起来像手风琴一样的前端安全门。延伸或扩展结构单元不会导致附件的结构单元改变其形状,它将像多米诺骨牌一样起作用。

这些DNA阵列的结构单元利用DNA双螺旋堆叠在一起时获得的能量来维持稳定性。为了保持稳定性,这些结构单元的四个片段需要在两个不同的方向上成对并排排序。

通过在DNA阵列的边缘延伸一条DNA链,这些研究人员构建了一个外部触发器。当这条DNA链重新连接时,它会破坏位于边缘的结构单元,从而改变其形状。为了直观仔细地观察这些DNA阵列,这些研究人员使用了原子力显微镜。他们构建了一个长方形的11x4DNA阵列和一个长方形的11x7DNA阵列,再次加入了启动链。

然后,需要仔细观察多米诺效应从位于角落的结构单元扩散到DNA阵列的其余部分。通过在这些DNA阵列上设计断裂点,有必要在指定的位点暂停或启动它们的多米诺效应。这些结构单元的形状可以通过温度或化学变性剂来调节。

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作为参考,这些矩形DNA阵列大约50纳米长,几百纳米宽,比一个艾滋病毒或流感病毒颗粒还要小。为了构建这些DNA阵列结构,这些研究人员使用了折纸和modularbrick方法。这两个矩形DNA阵列是通过DNA链在溶液中寻找互补链而自组装的。当温度升高或没有变性剂时,这种折纸咒语会产生更稳定的结构。

在这项新的研究中,这些研究人员证实,他们需要利用DNA阵列的结构单元来构建矩形DNA阵列机构和管状DNA阵列机构。他们还需要构建三种基本构象的长方体DNA阵列机制,而这些二维DNA阵列结构单元只有两种构象。柯说,他的团队希望研究使用这些相同的基本设计原则来生产更大更简单的三维形状的机器。


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