MIT科学家开发出可用DNA进行3D打印的技术

来自麻省理工学院(MIT)的一项新研究使得人们也可以用DNA设计、组成需要的形状——其中的奥秘在于通过一个巧妙地算法来确定DNA中A、T、G和C碱基对的位置。

       如果你想要3D打印几英寸高的东西,可挤出的塑料是比较好的介质。但是当您需要在纳米尺度下的某个对象的话,DNA就是一个更好的选择——但是,谁有这个功夫一个碱基一个碱基地去设计和组装它们?这些难不住万能的科学家。来自麻省理工学院(MIT)的一项新研究使得人们也可以用DNA设计、组成需要的形状——其中的奥秘在于通过一个巧妙地算法来确定DNA中A、T、G和C碱基对的位置。

       据了解,与人们通常的印象不同的是,DNA的结构其实并不一定非得是双螺旋的:通过改变碱基的排列顺序或代之以其他分子,科学家们可以使DNA链扭向指定的方向,或者围绕着某个方向缠绕——如果经过周密的设计,人们甚至可以让一个DNA单链进行足够的弯曲和缠绕,从而形成一个有用的几何结构。


       研究人员们称,这些结构可以用于输送药物、制造像CRISPR Cas9基因编辑元素这样的封装工具,甚至可以存储信息。

       但是,其中最大的问题在于如何设计,比如,仅仅让DNA链组成一个十二面体就是一个极其复杂的任务,几乎没有人有经验能够手工组装如此复杂的分子,这些分子往往由数以千计的碱基对组成。

       而这正是来自麻省理工学院、亚利桑那州立大学(Arizona State University)和Baylor大学的科学家们所要解决的。他们的这项成果已经被发表在了5月25日的《科学(Science)》杂志上。

       来自MIT的Mark Bathe在一份新闻稿中说:“这份论文将问题从一位专家自己设计合成对象所需要的DNA,转变成了该对象本身就成了起点,然后根据该算法自动定义所需要的DNA序列。”

       这番话说得十分拗口,但是实际上,您所需要做的只是提供带封闭曲面的3D形状(比如多面体、圆环等),然后将其输入计算机,并规定好规格范围,您的工作就完成了。

       在此之后,由研究人员们创建的这个算法将确定所需要的碱基的具体顺序,这就提供了一个“脚手架”,然后一个DNA单链将围绕着它进行弯曲和缠绕,形成所需的形状。这个算法甚至有一个很酷的名字——DAEDALUS(用户定义结构的DNA折纸序列设计算法)

       下面就是科学家使用这种方法制造的各种迷人的DNA形状(这些照片是用3D单粒子低温电子显微镜拍摄的):


       这种方法在医学和基因编辑方面的用途是显而易见,但是研究人员们认为该技术的用途将大大超越上述领域。

       比如,DNA存储就一下子变成了现实,人们可以使用这种算法创建出一种非常独特的结果并将其用于二进制数据的编码——也就是一个DNA纳米级ROM磁盘,酷不酷?
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