科学家利用DNA和纳米粒子制造宝石

秋水伊人

　　研究团队利用特定的纳米材料作为原子，特定的DNA作为粘合剂，经加热之后便可获得所需的晶体。

　　近日，美国西北大学的研究团队首次利用DNA和纳米粒子制造出了接近完美的单晶体。相关研究成果于近日发表在《自然》杂志上。

　　“完美的单晶体在日常生活中应用广泛——钻石不仅是名贵的饰品，还具有广泛的工业用途;蓝宝石可被用于制造激光发生器，而硅则是重要的电子器件原料。”该校纳米学家、团队负责人Chad A. Mirkin说，“原子在晶格中的位置是否精确，决定了一块晶体的好坏。”而单晶体连绵不断且没有瑕疵的晶格，使其具有独特的机械、光学以及电磁特性。“现在，我们可以利用DNA和纳米粒子来制造晶体。”Chad A. Mirkin说。

　　据介绍，基于该实验室最近二十年研制的超结晶格子技术，该研究团队找到了一种独特的方法——利用特定的纳米材料作为原子，特定的DNA作为粘合剂，经加热之后便可获得所需的晶体。

　　“设想一下，如果一个容器中，有一百万个红球和蓝球，不管你如何晃动容器，这些球都不会完全均匀混合。”Chad A. Mirkin说，“但是，如果你在一个充满纳米粒子的容器中添加合适的DNA，然后摇动容器，在我们的实验中，也就是搅拌溶液，你就会发现，所有的纳米粒子会被DNA粘连住。”他说：“它们组成了一个完美的三维晶体。”

　　在上述研究中，利用特定的DNA链充当粘合剂，Chad A. Mirkin带领团队将散乱的金纳米粒子组合成结构有序的晶体。

　　研究人员表示，在上述过程中，DNA链的长度和纳米粒子尺寸之间的比例非常重要。

　　“这一比例直接决定所获得的晶体质量的优劣。”团队成员之一，该校温伯格学院化学教授Olvera de la Cruz说，“这也是该技术的奇妙之处，你必须拥有正确的比例。”

　　她解释说，DNA链的长度与纳米粒子尺寸的比值会影响晶体表面的能量，进而最终决定晶体最后的形状。在“秘方”之外的比值会导致晶体表面能量产生波动，进而难以形成规则的形状。Olvera de la Cruz解释说，合适的比值会让能量的波动小许多，进而促进晶体的形成。“目前我们已经知晓了一些合适的比例。”

　　研究人员表示，DNA的长度不能比纳米粒子的直径大过多。在上述研究中，每个纳米粒子的直径在5~20纳米之间。而DNA的长度为18个碱基对零六个单碱基。

　　尽管该团队目前的主要研究对象是金纳米粒子，但是，Chad A. Mirkin表示，这项技术也可以被应用于其他材料。“在经过技术改进之后，我们将能够制造更大的完美单晶体。而且今后，我们的方法将可以用于制造单晶硅，进而极大地促进硅电子工业的发展 。”