请参阅:奈米摺纸术-多面体DNA(Polyhedron DNA)-上

1991年,陈(J.H. Chen)和喜曼(N.C. Seeman)于自然(Nature)期刊发表了第一个人造DNA立方体(cube)奈米分子,开启了奈米科技设计与合成DNA多面体的竞争局势。2004年,自然(Nature)期刊刊载美国加州斯克里普斯研究机构(The Scripps Research Institute in LA,世界上目前最大的私人非营利的生物医学研究机构)施(William M. Shih)、奎斯佩(Joel D. Quispe )和乔伊斯(Gerald F. Joyce)等人的论文「1700个核苷酸的单股DNA摺成奈米结构八面体
(1.7-kilobase single-stranded DNA that folds into a nanoscale octahedron )」。

奈米摺纸术-多面体 DNA (Polyhedron DNA)

注3图片来源http://metamodern.com/b/wp-content/uploads/2008/12/Nature_octahedron.jpg

文中述及将1669个bp(base pairs,含氮硷基)之核苷酸长链和5条40个bp之核苷酸短链混合后,经过连续冷却、加热,进行三维立体结构的解构(denaturation)与重构(renaturation)。最后重组成为20×22奈米的中空DNA八面体(DNA octahedron)(注3),内部可容纳直径14 nm的小球,至于每一面的三角形开口则可允许直径8 nm的球通过。形状规则对称的DNA八面体皆是由三角形所组成,结构稳定不易变形。并以仿生学(biomimetics)的方式利用核苷酸聚合酶(polymerases)使DNA八面体自我複製,根据此製程还可以推广应用设计或合成其他需要複製的DNA构造。这种中空的球体可以应用作为填装药物或材料的篮子,携带特定的分子,再利用适当的讯号感应释出球体中的分子。

科学家以DNA作为「软体」利用它的4个遗传密码编写成核苷酸序列程式,再以酵素(如限制酶FokI)或其他分子当作「硬体」,以搭载一段具有软体功能的DNA序列,然后进行密码读取-转录或修饰。甚至输入其他的DNA片段与原先之「软体硬体複合物」进行反应,最后合成另一段DNA序列,以这种类似数学抽象计算的逻辑机–图灵机(Turing machine,用机器来模拟人类以纸笔进行数学抽象计算过程的装置)与生物分子计算技术等统整,再将新合成的DNA序列应用于药物治疗。这种结合生物科技、资讯科技与奈米科技合成的DNA多面体,是未来应用于临床医学甚至电子业的热门材料。

请参阅:奈米摺纸术-多面体DNA(Polyhedron DNA)-下

参考资料:
1. Shih W.M., Quispe J.D.,& Joyce G.F., A 1.7-kilobase single-stranded DNA that folds into a nanoscale octahedron. Nature, 2004, 427, 618-21.
2. Rothemund Paul W.K., Folding DNA into nanoscale shapes and patterns. Nature, 2006, 440, 297-302.
3. Dietz H., Douglas S.M., and Shih W.S., Folding DNA into twisted and curved nanoscale shapes. SCIENCE, 2009,325,725-730.