奈米摺紙術-多面體 DNA (Polyhedron DNA)-下

奈米摺紙術-多面體 DNA (Polyhedron DNA)-下
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、中

2009年8月份科學期刊（Science）刊載德國慕尼黑科技大學教授笛茨（Hendrik Dietz）和美國哈佛大學教授施（William Shih）與道格拉斯博士（Shawn Douglas）等人論文「將DNA摺成扭轉及彎曲之奈米形狀（Folding DNA into Twisted and Curved Nanoscale Shapes）」，文中表示已成功研發出程式化自我組裝製程，以奈米摺紙術製作出3維彎曲的DNA奈米結構，這是第一次非直接拗折DNA結構，而是先經電腦程式設計出一束束交叉連接的DNA雙螺旋片段，合成產生後再插入或移除設定的含氮鹼基對，使DNA束依設計需求產生右旋或左旋的扭轉或彎曲。笛茨教授等人研發出能精準控制所合成的DNA形狀，其人工合成DNA中有種直徑50nm的海灘球外形的線框囊狀物（wireframe capsule），直徑只有 50 奈米，也有圓形齒輪狀或彎曲的管狀及囊狀（註4）。這些組件經組裝後可以合成一個更大、更複雜或其他用途的奈米工具。例如可作為奈米機器人可以裝載奈米結構藥物，跨過如細胞膜等生物屏障，達到治療效果，或是進入血管清除如膽固醇等有害物質。

註4圖片來源http://bionano.physik.tu-muenchen.de/Source/curved_shapes_sticker.png

2009年8月美國IBM公司發表論文於自然奈米科技（Nature Nanotechnology），宣稱與加州理工學院專家羅斯蒙德合作生產DNA微形晶片（DNA tiny chips）。先利用傳統晶片技術蝕刻出設計好的電路圖，再將DNA溶液倒於矽晶體表面，然後DNA會在蝕刻過的電路圖上進行自我組裝然後合成微小的三角形、正方形及星形（註5）。這是另一種DNA摺紙術（DNA origami）的創意，利用DNA可以攜帶大量而複雜的資訊原理，將合成的DNA在晶圓表面上進行自我組裝成科學家設計之圖案，以作為支架，再將奈米碳管及奈米顆粒沉積上去。IBM新研發的這種奈米碳管及奈米顆粒所合成的DNA晶片可小於22nm製程，遠小於目前之28nm製程，預估是未來電腦晶片的線路及電晶體的更佳材料，因為晶片製程愈小速度愈快，價格愈貴。

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.