奈米摺紙術-多面體 DNA (Polyhedron DNA)-上

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

註1 圖片來源http://www.nature.com/nature/journal/v452/n7184/images/nature06597-f1.0.jpg

自1953年，華生（James Watson）和克里克（Francis Crick）發現DNA雙螺旋構造（DNA double helix）以來，DNA的構造、功能與應用一直是熱門的研究範疇。DNA的構造以4個含氮鹼基A和T、G和C以互補形式分別排列於兩股上，並且能正確的自我複製（self-replication）和自我組裝(self-assembly)。A、T、G、C就像4個密碼儲存於電腦磁帶般建立了生物體內龐大的遺傳密碼資訊。

1990年，由美國能源部和國家衛生研究院啟動人類基因組計劃(Human Genome Project，HGP)，應用生物資訊學（Bioinformatics）的技術以基因定序（Genome Sequencing）解讀出人類23對染色體中約30億個核苷酸(nucleotide) 的含氮鹼基（nitrogenous bases）組成排序，並研究出人類約2萬5千個基因(gene)的所在位置及功能。

註2 圖片來源 http://metamodern.com/b/wp-content/uploads/2008/12/Nature_origami.jpg

科學家將DNA的特性結合幾何拓撲學（Geometric Topology）的靈感應用於奈米科技（Nanotechonology），以奈米摺紙術（Nano-origami）將DNA摺成多面體（polyhedra），如正四面體、正立方體、正八面體、截角八面體、正十二面體和正二十面體（註1）等三維立體中空結構；笑臉、椒鹽脆餅、美洲地圖（註2）等趣味創意；還可做成齒輪狀、球狀、管狀和線框囊狀物等微型機械零件（miniature machine parts）。這些人造DNA製作成的構造極可能是將來生物奈米醫學的熱門材料，因為其奈米結構故能攜帶奈米級的藥物或材料，應用於醫療工具可以治療不正常的細胞或是轉殖正常基因到患者身上。

DNA甚至應用於電腦晶片以代替傳統的矽晶片，DNA電腦晶片不但更小、更省電、更快速而且功能更強。DNA是一種聰明的材料，由於其4個含氮鹼基間的簡單配對特性而成為建構奈米材料分子的最佳材料。因為擁有堅韌有彈性而且可以由基因序列程式化（programmable）的雙重優勢，而成為容易克隆（clone）、複製（replication）、放大（amplify）、演變（evolve）、適應各種用途的分子生物學標準化工具及生物醫學的微型計算工具。DNA不再只是生物體內遺傳密碼的攜帶者，而是人類未來科技夢想的實現家。

請參閱：奈米摺紙術-多面體DNA(Polyhedron DNA)-中