奈米摺紙術-多面體 DNA (Polyhedron DNA)-中

奈米摺紙術-多面體 DNA (Polyhedron DNA)-中
台中市立雙十國民中學自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

請參閱：奈米摺紙術-多面體DNA(Polyhedron DNA)-上

1991年，陳（J.H. Chen）和喜曼（N.C. Seeman）於自然（Nature）期刊發表了第一個人造DNA立方體（cube）奈米分子，開啟了奈米科技設計與合成DNA多面體的競爭局勢。2004年，自然（Nature）期刊刊載美國加州斯克里普斯研究機構（The Scripps Research Institute in LA，世界上目前最大的私人非營利的生物醫學研究機構）施（William M. Shih）、奎斯佩（Joel D. Quispe ）和喬伊斯（Gerald F. Joyce）等人的論文「1700個核苷酸的單股DNA摺成奈米結構八面體
（1.7-kilobase single-stranded DNA that folds into a nanoscale octahedron ）」。

註3圖片來源http://metamodern.com/b/wp-content/uploads/2008/12/Nature_octahedron.jpg

文中述及將1669個bp（base pairs，含氮鹼基）之核苷酸長鏈和5條40個bp之核苷酸短鏈混合後，經過連續冷卻、加熱，進行三維立體結構的解構(denaturation)與重構(renaturation)。最後重組成為20×22奈米的中空DNA八面體（DNA octahedron）（註3），內部可容納直徑14 nm的小球，至於每一面的三角形開口則可允許直徑8 nm的球通過。形狀規則對稱的DNA八面體皆是由三角形所組成，結構穩定不易變形。並以仿生學(biomimetics)的方式利用核苷酸聚合酶(polymerases)使DNA八面體自我複製，根據此製程還可以推廣應用設計或合成其他需要複製的DNA構造。這種中空的球體可以應用作為填装藥物或材料的籃子，攜帶特定的分子，再利用適當的訊號感應釋出球體中的分子。

科學家以DNA作為「軟體」利用它的4個遺傳密碼編寫成核苷酸序列程式，再以酵素（如限制酶FokI）或其他分子當作「硬體」，以搭載一段具有軟體功能的DNA序列，然後進行密碼讀取-轉錄或修飾。甚至輸入其他的DNA片段與原先之「軟體硬體複合物」進行反應，最後合成另一段DNA序列，以這種類似數學抽象計算的邏輯機–圖靈機（Turing machine，用機器來模擬人類以紙筆進行數學抽象計算過程的裝置）與生物分子計算技術等統整，再將新合成的DNA序列應用於藥物治療。這種結合生物科技、資訊科技與奈米科技合成的DNA多面體，是未來應用於臨床醫學甚至電子業的熱門材料。

請參閱：奈米摺紙術-多面體DNA(Polyhedron DNA)-下

參考資料：
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.