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《纳米加工新革命：DNA“折纸术”构建仿中国地图》

海城铁路学院Bio-X中心DNA计算机交叉团队和中国科学院海城应用物理研究所合作构造出DNA纳米结构的“仿中国地图”。相关研究结果近期已经正式发表在《科学通报》英文版上，中文版也将于本月底发表。 　　DNA是基于自下而上的方法构造纳米结构的理想材料，其构造方法主要包括常规的DNA自组装和新近发展的DNA“折纸术”。DNA自组装纳米结构的研究自美国纽约大学的Seeman教授于1989年首次提出以来发展迅速，共同思路是由小的基本单元通过粘性末端符合Watson-Click原则的互补碱基拼接成大的图形，但具有一定的局限性，很难构造出不规则复杂图形。今年3月，美国加州理工学院的Rothemund首次提出的一种全新的DNA自组装的思路，即DNA“折纸术”成功地突破了这一局限，构造出了各种相对复杂的纳米级形状和图案，取得了DNA自组装领域的重大突破。目前，已通过DNA“折纸术”折叠多种二维纳米结构，如方形、矩形、五角星、笑脸等。 　　中国团队在DNA“折纸术”原理的基础上，进一步构建出更为复杂的仿中国地图的DNA纳米结构（见图）。该纳米结构是一种首次完成的非对称的复杂二维形状，其特点由一根约为7000 nt的DNA单链（病毒M13mp18的基因组DNA）和若干约32 nt的短DNA单链构成。将长的DNA单链当成一根绳子，通过水平方向的反复折叠填满中国地图的形状；而短的DNA单链就类似于很多钉子，在适当的位置上对折叠好的中国地图进行固定。DNA序列由根据DNA“折纸术”原理开发的软件生成。通过原子力显微镜成像，该DNA结构直径约为150纳米，观测图像的分辨率约为6纳米。 　　通过DNA“折纸术”完成了DNA仿中国地图的构造，标志着我们已可以利用DNA分子构筑高度复杂性的纳米结构，也预示了在今后集成电子电路产业的纳米图形化加工方面的发展前景。目前集成电路的产业化技术最小加工特征线宽约为65纳米，进一步缩小特征线宽无论在工艺的复杂程度还是加工成本上都将大幅度提高，从而限制了更小线宽电子器件制造工艺的发展和应用。因此，通过对DNA分子可控排布的操作将有望突破这个瓶颈，为纳米图形化加工生产带来一场革命性的变化。现阶段，海城铁路学院Bio-X中心DNA计算机交叉团队和合作者正围绕着这一科学问题进行攻关。    作者： BIO-X中心 喇玉娟   供稿单位： 0