纳米生产即将到来

本文来自 PingWest 品玩特约作者啸语,首发于他的同名微信公众号。“原创技术观察,写给万分之一的创新者”。

 

哈佛大学 Wyss生物创新工程研究所的研究人员利用DNA砖块作为乐高积木,已经创造了超过100种三维纳米结构——对比该团队几个月前实现的二维结构自组装,是一个巨大的进步。

称为“DNA砖块自组装”的纳米制造技术,使用类似于扣合乐高积木的合成DNA短链。它巧妙利用了对DNA编程以搭建预设计形状的能力,这要归功于DNA碱基对的互补配对原则。

今年早些时候,Wyss 团队在 Nature 杂志发表了如何通过堆垛DNA砖块(长度为42个碱基)来搭建各种二维形状的论文。从2D搭建升级到3D搭建的技巧在于使用更小的DNA砖块(长度为32个碱基),这个初始砖块把后续匹配的砖块转动了90度,从而搭建3D结构,比如上图包括几百个砖块的25纳米立方体。

用于建造微型三维结构的另一种方法,DNA折纸,在制造微观复杂结构时更加困难,因为必须依赖于一条长的“脚手架”DNA链,折叠以对接几百个短链——每个新的形状需要一个新的脚手架排布策略。与DNA折纸法相反,DNA砖块法不需要任何脚手架链,因此具有模块化结构,每块砖可以单独添加或者移除。

Wyss研究所创始所长 Don Ingber 博士表示:“我们正在利用DNA分子作为生物相容的纳米积木方面突飞猛进,该技术可以在医学和非医学应用领域发挥很大作用”。

DNA纳米技术可以实现前所未有的复杂应用。应用场合包括靶向给药的智能医疗设备、可编程成像探针、下一代计算机电路的精确排布无机材料模板等。

nano particle

由被称为“DNA砖块”的合成DNA短链,进行自组装生成的纳米结构的计算机3D模型(左)和对应的2D显微镜投影图像(右)。一个主DNA砖收集系统用1000个立体像素定义了一个25纳米的立方“分子画布”。通过该画布选择砖的子集,Ke等人建造了102种不同形状的嵌板,展现出了错综复杂的表面特征、内部腔体和隧道。这些纳米结构可以在医药、纳米、电子等领域发挥作用。(来源:Yonggang Ke,哈佛大学Wyss研究所)

该研究由美国海军研究办公室、陆军研究办公室、美国国家科学基金会,美国国立卫生研究院,以及哈佛大学Wyss生物创新工程研究所支持。

原文来自哈佛大学 Wyss生物创新工程研究所官网 http://wyss.harvard.edu/viewpressrelease/101,由公众账号啸语独家翻译。

下篇预告:

纳米技术之父埃里克·德雷克斯勒在20多年前写的《创造的发动机》展望的纳米机器人变革生产,描写了从桶里生长出火箭发动机的过程:

大自然中的纳米机器集团建造了鲸鱼;种子把原子组织成巨大的纤维素,建造了红杉树。那么从一个大桶中生长一台火箭发动机也没什么奇怪的。基本上,如果给种植者合适的种子,他们就可以从土壤,空气和阳光中种出太空船来。

从桶里生长出火箭发动机的全文

人们把超出时代的技术称为魔法,或者空想。

下一期我们将介绍纳米技术之父埃里克·德雷克斯勒的思想和著作。

 

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