莫娜·丽莎(Mona Lisa)是莱昂纳多·迪·芬奇(Leonardo Di Vinci)的艺术品,以其神秘的微笑而闻名,现在科学家也以微观层面重现了蒙娜丽莎(Mona Lisa)。
专家制造了世界上最小的莱昂纳多杰作,尺寸为0.5平方米。这大约是电子柯利细菌的大小。他们使用了一个称为DNA折纸的过程,在其中操纵遗传密码基因链以折叠并组装成正确的形状。
尽管DNA以编码生物的遗传信息而闻名,但该分子也是一个极好的化学构建块。Caltech团队开发了一个可以拍摄图像,将其分为小正方形部分的软件,并确定构成这些正方形所需的DNA序列。下一个挑战是使这些部分自我组装成重新创建最终图像的上层建筑。
执行此任务的关键是在组装拼图的小区域等各个阶段组装瓷砖。然后,他们将这些区域加入了更大的区域,最后将它们放在一起以使完整的难题。
高级博士后学者,新研究的首席作者格里格里·蒂克霍米罗夫(Grigory Tikhomirov)说:“我们可以用独特的边缘主食制作每个瓷砖,以便它们只能与某些其他瓷砖结合并自我组成,并在上部结构中成为独特的位置。但是,我们将不得不拥有数百个独特的边缘,这不仅很难设计,而且合成非常昂贵。我们只想使用少数不同的边缘主食,但仍然可以在正确的位置获取所有瓷砖。”
要使单个DNA折纸保持单一的正方形,该团队需要一条长长的DNA和许多称为钉书钉的短链。这些旨在绑定长链上的多个指定位置。当将短的主食和长链混合在试管中时,钉书钉将长链的拉力区域拉在一起,从而使其折叠成所需的形状。
大型DNA帆布由许多较小的正方形折纸瓷砖组装。分子可以选择性地连接到主食,以创建凸起的模式,可以使用原子力显微镜看到。这些零件的边缘是相同的,但是由于它们是分阶段组装的,因此没有将瓷砖放在错误的位置的风险。因此,角文件不会附加到错误的角落。
该团队称其为“分形组件”方法,因为与称为分形的抽象数学对象一样,相同的组装规则将在不同的尺度上应用。这意味着相同的规则控制着拼图的构建,无论大小是什么。
它们的最终结构比Caltech的Paul Rothemund在2006年设计的原始DNA折纸大64倍。还创建了另一个软件,使科学家能够使用分形组件来创建DNA纳米结构。形成DNA的四个分子称为核苷酸。科学家非常特别地对他们将与哪种核苷酸结合,这种特异性使团队能够建立非常精确的模式。
胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(B)不会与腺嘌呤(A)和胸腺胺(T)键一起与两个氢键键合。这种可预测性使研究人员锻造他们想要的任何模式和图片。
为了证明该方法的确切功能,科学家设计了许多独特的模式,包括蒙娜丽莎,公鸡和细菌。研究人员希望他们的突破能够使用DNA制造更大的结构,例如建造具有微小功能或制造高级材料的电子电路。