ＤＮＡ中的纳米艺术

沈海军

纳米艺术是近几年随着纳米科技的飞速发展而产生的一门非主流纳米学科分支。纳米艺术是使用纳米科技手段、方法创作的纳米尺度的或反映纳米科技题材的艺术。

作为纳米科技的研究热点之一，基因工程近些年来发展得如火如荼。在基因工程中，DNA是生物学家关注的焦点，它的双螺旋结构是如此神奇，诱发了科学家们无限的艺术遐想。

DNA折纸术

2006年3月，英国《自然》杂志上发表了保罗·罗斯蒙德的杰作：一幅精美的二维结构的美洲地图。该作品是由DNA链折叠而成，是一个大约100纳米见方的“折纸作品”，它共包含了200个像素，每个像素均为一条短的DNA链。这是一个连高倍光学显微镜都无法分辨的作品，必须依靠分辨率极高的电子显微镜或原子力显微镜才能观看。

保罗绘制DNA美洲地图所采用的方法大概如下：从M13噬菌体中提取DNA单链；然后，通过计算“裁”出短的DNA单链并着手人工合成；接着，将DNA单链与合成好的DNA片段混合，处理后得到一个个设计样式的DNA超级大分子，即最终的DNA图形。这项工作的前提是充分了解DNA单链折叠的动力学特征，操作中的关键步骤是通过计算机模拟计算获得上百条特异性的DNA序列。

目前，通过这种DNA“折纸术”已折叠了多种二维纳米结构，如DNA方形、DNA矩形、DNA五角星、DNA笑脸等。近来，采用类似的方法，上海交通大学生命科学研究中心和中国科学院上海应用物理研究所合作也构造出了纳米结构的“DNA中国地图”，相关研究结果已经正式发表在《科学通报》杂志英文版上。

DNA模板印刷

DNA是纳米技术中最常使用的建筑模块，通常被用来控制建造有序的纳米结构，DNA被认为有望成为自下而上制造微型电子线路的基本模块。现在，一组来自美国杨伯翰大学的科学家们正把DNA自组织技术同微制造印刷术结合起来，用来制造纳米通道等纳米结构。当然，这种印刷技术同样也可以被用来绘制纳米绘画作品。这项发现为目前光学印刷术所达不到的尺寸下的纳米加工开辟了新的途径。

该技术的发明者为沃利和贝塞利尔。这是一种利用DNA为模板来定义基底图案的方法。他们把DNA在基底上排列整齐，再在上面沉积一层金属膜。DNA分子起纳米蜡纸的作用，这样一来便在基底上定义了一些小于10纳米的图案。由于金属膜以一定角度沉积，DNA分子的投影定义了基底上的图案，因此，这种方法也被研究人员称为“DNA投影纳米印刷术”。接着，研究人员使用半导体工业中常用的等离子体对图案表面进行刻蚀，在基底上便可得到纳米尺寸的沟槽。如果这种沟槽拼出的图像设计得足够精巧，那么就会构成一幅上乘的纳米绘画作品。

DNA原子力显微镜拼图

原子力显微镜是一种利用原子、分子间的相互作用力来观察物体表面微观形貌的显微技术。它有一根纳米级的探针，被固定在一个极小的微悬臂上。当探针离样品非常近时，其顶端的原子与样品表面原子间的作用力就会使悬臂弯曲，偏离原来的位置。根据该偏离量，原子力显微镜就能间接地探测出样品的表面形貌或原子、分子。

现在，利用原子力显微镜不仅可以看到原子、分子，还可以搬动(操纵)原子、分子。由于DNA分子通常是链状的，因此，利用原子力显微镜探针在基体表面上“拨弄”DNA链，就能够形成各种各样的图线或图形。显然，这是一种纳米绘画创作的好思路。

值得一提的是。目前，瑞士生命物理实验室的科学家已经采用这种方法成功绘制了高度仅为100纳米左右的“DNA鹅”。

我国上海应用物理研究所的李民乾研究员也采用类似方法成功“书写”了字高仅为几百纳米的“DNA”英文字样。

责任编辑赵菲