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“中国地图”上的DNA纳米芯片

基因芯片(DNA芯片)是遗传分析领域的重要工具,而通常的基因芯片都是将DNA探针分子固定在固态基片上,往往受到固液界面反应效率的限制。最近,中科院上海应用物理研究所物理生物学实验室和上海交通大学Bio-X研究院的研究人员合作发展了基于DNA纳米技术的液态DNA芯片,可以在溶液中的纳米级“中国地图”表面实现DNA杂交反应,并实现可寻址的高灵敏基因检测。相关论文已发表于材料领域著名杂志《先进材料》 (Advanced Materials, 2010, 22, 2672-2675)。

DNA纳米技术是近年来新兴的前沿交叉领域,其宗旨利用了DNA分子卓越的自组装和识别能力,将其作为一种纳米材料实现精确的从底向上(bottom-up)纳米构筑。加州理工学院的Rothemund博士于 2006年发展出了DNA折纸术(DNA origami)技术(Nature 2006),被誉为DNA纳米技术领域的一个重要里程碑。利用DNA折纸术在理论上可以用DNA分子设计任意形状的图形和三维结构,并已在构筑DNA分子计算机、DNA分子机器、生物传感器和生物芯片等方向发挥了重要作用。其中一个重要应用是由美国亚利桑那州立大学的颜颢教授(上海应用物理研究所客座研究员)首先提出在对称的DNA方块上进行RNA的杂交检测(Science 2008),从而实现了DNA纳米技术向生物领域的回归。

上海应用物理研究所和上海交通大学Bio-X研究院的研究人员在贺林院士的创导和领导下于2003年在上海市科委支持下成立了DNA计算合作组。在2006DNA折纸术问世之后迅速以此为切入口,发挥合作组中生物、纳米、计算等多学科交叉的优势,完成了将DNA折纸术从最初Rothemund的对称图形到不对称图形的设计,并在贺林、樊春海、胡钧等指导下由钱璐璐博士“绘制”了基于DNA折纸术的纳米尺度“中国地图”(《科学通报》2006),成为该领域的第二个发表的重要工作。在此基础上,该合作组的张钊博士充分利用地图的不对称性和可寻址的特点,实现了无需编码索引而空间可寻址的液相DNA纳米芯片,并通过原子力显微镜技术实现纳米芯片的信号输出。进一步的,张钊等又通过在“中国地图”表面引入链置换反应,增加了DNA杂交过程的特异性,从而实现对单碱基变异性的高特异性分辨,这为基于单碱基多型性(SNP)的遗传分析提供了一个新的纳米工具,论文已在线发表于纳米领域的重要杂志Small (2010, 6, DOI: 10.1002/smll.201000908.),并被选为当期的扉页(Frontispiece)论文。

 


 

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