Francis Crick在1953年繪制的一張粗糙的鉛筆素描畫是倫敦維爾康姆圖書館(Wellcome Library)貴重的館藏之一。這張素描圖第一次展示了DNA的雙螺旋結構。然而幾乎沒人預料到了DNA簡單的自組裝特性以及它萬能的承載信息的能力,能被應用到Watson和Crick(或事實上,大自然本身)從未想過的許多領域。
在發表于《科學》(Science)雜志上的一項新研究中,亞利桑那州立大學的顏顥(Hao Yan)教授,與來自麻省理工學院和Baylor醫學院的同事們,描述了設計出由DNA構建的幾何形體的一種新方法。他們提出了DNA折紙技術的一個新變種。DNA折紙技術是利用DNA的堿基配對特性在二維及三維空間中構建出一些微小的結構。
“無需太多人力輸入DNA鏈折疊路徑的有關細節,以一種從上至下的方式設計出任何想要的結構是DNA納米技術領域中一個重要的挑戰,”顏顥說。
他的合作者Mark Bathe領導麻省理工學院的研究人員,開發出了一種計算機算法僅通過輸入一個目標形狀來設計出DNA納米結構。他們設計出了一個可以計算和輸出必要的DNA鏈來形成設計架構的軟件平臺。隨后在三家研究所用實驗證實了這些結構的形成并系統確定了它們的特征。
該研究小組以驚人的分鐘時間尺度設計出了一些有用的結構。并利用一些專門的成像技術,包括原子力顯微鏡和低溫電子顯微鏡顯影了這些幾何形體。
這種簡化的技術有望大大擴展DNA折紙技術的使用超出專業團體,擴展在生物分子科學和納米技術中可能的應用范圍。這包括利用納米顆粒來傳遞藥物和靶向細胞,構建能夠在醫藥和工業中執行各種活動的納米機器人,設計出定制的光學設備。即將到來的更令人興奮的一個創新就是利用DNA作為儲存介質。
顏顥是結構DNA納米技術的領軍人物,已發表學術論文近百篇,其中多篇發表在Nature和Science上。2008年1月,顏顥研制出了一種新型基因檢測研究工具,有利于科學家們今后分析研究單個細胞內部基因表達的方式,以及蛋白活動的情況,開拓了基因檢測的新思路。這一研究成果公布Science雜志上。
2008年11月,顏顥領導來自亞利桑那州大學生物與化學研究所以及紐約大學化學系的科學家成功地在活體細胞內克隆人造DNA,該成果發表在PNAS雜志上。
2009年顏顥研究組又首次揭示了DNA納米管,納米環,納米螺旋的3D特征,這些DNA納米結構開創了新一代極其微小的電子和生物醫藥應用產品的先河。研究論文發表Science雜志的開年刊上。
2011年,顏顥教授與亞利桑那州立大學生物設計研究所的研究人員利用一種新技術將不同半徑的DNA鏈折疊成了三維形狀,構建了類色花瓶和和甜甜圈的形狀。這一研究成果為分子工程創制了更為多樣的構件,并為制造能與生物分子相互作用的結構提供了一種方法。這一研究成果公布在Science雜志上。