ＤＮＡ中的納米藝術(shù)

沈海軍

納米藝術(shù)是近幾年隨著納米科技的飛速發(fā)展而產(chǎn)生的一門非主流納米學科分支。納米藝術(shù)是使用納米科技手段、方法創(chuàng)作的納米尺度的或反映納米科技題材的藝術(shù)。

作為納米科技的研究熱點之一，基因工程近些年來發(fā)展得如火如荼。在基因工程中，DNA是生物學家關(guān)注的焦點，它的雙螺旋結(jié)構(gòu)是如此神奇，誘發(fā)了科學家們無限的藝術(shù)遐想。

DNA折紙術(shù)

2006年3月，英國《自然》雜志上發(fā)表了保羅·羅斯蒙德的杰作：一幅精美的二維結(jié)構(gòu)的美洲地圖。該作品是由DNA鏈折疊而成，是一個大約100納米見方的“折紙作品”，它共包含了200個像素，每個像素均為一條短的DNA鏈。這是一個連高倍光學顯微鏡都無法分辨的作品，必須依靠分辨率極高的電子顯微鏡或原子力顯微鏡才能觀看。

保羅繪制DNA美洲地圖所采用的方法大概如下：從M13噬菌體中提取DNA單鏈；然后，通過計算“裁”出短的DNA單鏈并著手人工合成；接著，將DNA單鏈與合成好的DNA片段混合，處理后得到一個個設計樣式的DNA超級大分子，即最終的DNA圖形。這項工作的前提是充分了解DNA單鏈折疊的動力學特征，操作中的關(guān)鍵步驟是通過計算機模擬計算獲得上百條特異性的DNA序列。

目前，通過這種DNA“折紙術(shù)”已折疊了多種二維納米結(jié)構(gòu)，如DNA方形、DNA矩形、DNA五角星、DNA笑臉等。近來，采用類似的方法，上海交通大學生命科學研究中心和中國科學院上海應用物理研究所合作也構(gòu)造出了納米結(jié)構(gòu)的“DNA中國地圖”，相關(guān)研究結(jié)果已經(jīng)正式發(fā)表在《科學通報》雜志英文版上。

DNA模板印刷

DNA是納米技術(shù)中最常使用的建筑模塊，通常被用來控制建造有序的納米結(jié)構(gòu)，DNA被認為有望成為自下而上制造微型電子線路的基本模塊?，F(xiàn)在，一組來自美國楊伯翰大學的科學家們正把DNA自組織技術(shù)同微制造印刷術(shù)結(jié)合起來，用來制造納米通道等納米結(jié)構(gòu)。當然，這種印刷技術(shù)同樣也可以被用來繪制納米繪畫作品。這項發(fā)現(xiàn)為目前光學印刷術(shù)所達不到的尺寸下的納米加工開辟了新的途徑。

該技術(shù)的發(fā)明者為沃利和貝塞利爾。這是一種利用DNA為模板來定義基底圖案的方法。他們把DNA在基底上排列整齊，再在上面沉積一層金屬膜。DNA分子起納米蠟紙的作用，這樣一來便在基底上定義了一些小于10納米的圖案。由于金屬膜以一定角度沉積，DNA分子的投影定義了基底上的圖案，因此，這種方法也被研究人員稱為“DNA投影納米印刷術(shù)”。接著，研究人員使用半導體工業(yè)中常用的等離子體對圖案表面進行刻蝕，在基底上便可得到納米尺寸的溝槽。如果這種溝槽拼出的圖像設計得足夠精巧，那么就會構(gòu)成一幅上乘的納米繪畫作品。

DNA原子力顯微鏡拼圖

原子力顯微鏡是一種利用原子、分子間的相互作用力來觀察物體表面微觀形貌的顯微技術(shù)。它有一根納米級的探針，被固定在一個極小的微懸臂上。當探針離樣品非常近時，其頂端的原子與樣品表面原子間的作用力就會使懸臂彎曲，偏離原來的位置。根據(jù)該偏離量，原子力顯微鏡就能間接地探測出樣品的表面形貌或原子、分子。

現(xiàn)在，利用原子力顯微鏡不僅可以看到原子、分子，還可以搬動(操縱)原子、分子。由于DNA分子通常是鏈狀的，因此，利用原子力顯微鏡探針在基體表面上“撥弄”DNA鏈，就能夠形成各種各樣的圖線或圖形。顯然，這是一種納米繪畫創(chuàng)作的好思路。

值得一提的是。目前，瑞士生命物理實驗室的科學家已經(jīng)采用這種方法成功繪制了高度僅為100納米左右的“DNA鵝”。

我國上海應用物理研究所的李民乾研究員也采用類似方法成功“書寫”了字高僅為幾百納米的“DNA”英文字樣。

責任編輯趙菲