物理学家发现并利用DNA分子自我组装机制打造“智能材料”

一个物理学家小组发现了DNA分子是如何根据组装指令在颗粒之间自组织成粘性斑块的。这一发现为生产颗粒之间具有明确连接性的材料的创新方式提供了一个“概念证明”。相关研究工作已在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

纽约大学物理系教授、研究人员之一Jasna Brujic表示：“我们表明，人们可以对粒子进行编程以制造具有定制特性的结构。虽然起重机、钻头和锤子在建造建筑物时必须由人类控制，但这项工作揭示了人们如何能利用物理学来制造‘知道’如何组装自己的智能材料。”

长期以来，科学家们一直在寻求分子自我组装的方法并在许多方面取得了突破。然而开发得较少的是这些微小颗粒以预先编程的键数进行自我组装的措施。

为了解决这个问题，Brujic和纽约大学物理系的博士后研究员Angus McMullen以及伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的机械科学和工程教授Sascha Hilgenfeldt展开了一系列的实验来捕捉和操纵DNA分子在颗粒表面的行为。

他们在微米级操作--用1/25的灰尘大小的颗粒--将小液滴浸入液体溶液中。附着在这些液滴上的是“DNA连接物”--拥有“粘性末端”的分子工具，其允许混合和匹配以形成研究人员所需的结构阵列。

“这个过程的好处是我们可以对特定材料的特性进行编程，如它可以是弹性的或脆性的，甚至在断裂后有自我修复的能力，因为键可以可逆地产生和断裂，”Brujic说道，“创造者可以决定放入5个只粘附一个其他粒子的粒子、10个粘附两个、20个粘附三个或任何其他组合。这将使你能建造具有特定拓扑结构或架构的材料。”