2009年11月10日
在某一天可能会导致新型纳米级电子器件的发展的工作中，一个跨学科的研究团队在加州理工学院将DNA的自组装能力与碳纳米管卓越的电子特性结合起来，从而为长期存在的将碳纳米管组织成纳米级电子电路的问题提出了解决方案。
在(a)中，用“红”和“蓝”DNA序列标记的单壁碳纳米管附着在DNA折纸上的抗红和抗蓝链上，形成一个自组装的电子开关。在(b)中，这种结构的原子力显微镜图像。蓝色的纳米管看起来更亮，因为它在折纸上;红色的纳米管位于下面。比例尺是50纳米。在(c)中，b所示结构的图解视图。灰色矩形是DNA折纸。一个自组装的DNA带连接到折纸上，提高了结构的稳定性和易于操作。来源:Paul W. K. Rothemund, Hareem Maune, and Si-ping Han/Caltech/Nature Nanotechnology。
一篇关于这项工作的论文发表在11月8日的《自然纳米技术》早期网络版上。
“这个项目是最棒的‘除了加州理工学院，还有什么地方可以做?加州理工学院(Caltech)计算机科学、计算和神经系统及生物工程副教授埃里克·温弗里(Erik Winfree)说。他也是监欧洲杯线上买球督该项目的四名教员之一。
这个项目最初的想法和最终的实施都来自三个学生:Hareem T. Maune，一个在Marc Bockrath(当时的加州理工学院应用物理学助理教授，现在在加州大学河滨分校)的实验室里研究碳纳米管物理的研究生;Charles and Mary Ferkel化学、材欧洲杯足球竞彩料科学欧洲杯线上买球和应用物理教授，在加州理工学院William a . Goddard III实验室研究碳纳米管和DNA之间相互作用的材料科学理论家韩思平;还有罗伯特·d·巴里斯(Robert D. Barish)，他是计算机科学专业的本科生，在温弗里的实验室研究复杂的DNA欧洲杯线上买球自组装。
这个项目开始于2005年，就在保罗·w·k·罗斯蒙德(Paul W. K. Rothemund)发明了革命性的DNA折纸技术后不久。当时，Rothemund是Winfree实验室的博士后学者;如今，他是生物工程、计算机科学、计算和神经系统方面的高级助理研究员。欧洲杯线上买球
Rothemund的工作让Maune, Han和Barish产生了使用DNA折纸来构建碳纳米管电路的想法。
DNA“折纸”是一种由DNA组成的自组装结构，可以通过编程形成几乎无限的形状和模式，如笑脸、西半球地图甚至电学图。利用DNA碱基的sequence-recognition性质削,DNA折纸创建从一个单一的病毒DNA链长,混合不同的短链合成DNA结合和“主食”病毒DNA成所需的形状,通常约100纳米(纳米)。
单壁碳纳米管是由碳原子的六边形网格卷成的分子管。它们的直径小于2纳米，但长度却高达许多微米，被认为是已知的最强、最导热、最有趣的电子材料。欧洲杯足球竞彩多年来，研究人员一直试图在纳米级设备中利用它们的独特特性，但精确地将它们排列成理想的几何图案一直是一个主要的障碍。
“听了保罗的演讲后，Hareem对把纳米管放在折纸上的想法感到兴奋，”Winfree回忆道。“与此同时，罗布一直在和他的朋友思平聊天，他们各自都对同一个想法感到兴奋。”
潜在学生的兴奋是希望DNA折纸可以作为100 nm 100纳米分子breadboards-construction基地为原型设计电子电路,研究人员可以构建复杂的设备仅仅通过设计序列在折纸,这样特定的纳米管将附加在预先指定的位置。
“在与这些学生交谈之前，”Winfree继续说，“我对碳纳米管的研究或将我们实验室的dna工程专业知识用于这种实际目的毫无兴趣。但是，似乎不知道从哪里冒出来的，一个拥有非凡技能和极大热情的团队已经自行组建。甚至连四平，一个完美的理论家，也走进实验室帮助把这个想法变成现实。”
“这个合作研究项目证明了我们加州理工学院如何挑选科学和工程领域的尖子生，并将他们置于一个能激发他们创造力和想象力的环境中，”欧洲杯线上买球加州理工学院工程与应用科学部主任阿瑞斯·罗萨基斯和航空学教授、机械工程教授西奥多·冯Kármán说。欧洲杯线上买球
把学生们的想法付诸实践并不容易。Winfree解释说:“众所周知，碳纳米管的化学过程是非常困难和混乱的——毕竟，这些物质都是碳原子，所以在一个选定的碳原子上发生反应而不是在所有其他原子上发生反应是极其困难的。”
他说:“当你试图将纳米管放置在你想要的位置，这样你就可以建造复杂的设备和电路时，在化学上抓住纳米管的定义明确的‘手柄’是问题的本质。”
科学家们巧妙的解决方案是利用单链DNA的粘性来制造那些缺失的手柄。正是这种粘性将DNA的核苷酸碱基(a, T, C, G)与序列互补的碱基(a, T, C, G)配对，从而将构成DNA螺旋的两条链连接在一起。
“DNA是识别其他DNA链的完美分子，单链DNA碰巧也喜欢粘在碳纳米管上，”Han说。“所以我们在盐水中将裸纳米管与DNA分子混合，它们就会粘在纳米管的表面。然而，我们确保每个DNA分子中有一小部分受到保护，这样这一小部分就不会粘附在纳米管上，我们可以用它来识别附着在DNA折纸上的DNA。”
科学家们用不同序列的DNA标记了两批碳纳米管，他们称之为“红色”和“蓝色”。
“打个比方，我们把一批纳米管浸在红色DNA涂料中，把另一批纳米管浸在蓝色DNA涂料中，”Winfree说。值得注意的是，这种DNA涂料就像特定颜色的维可牢尼龙搭扣。
这些DNA分子之所以被用作手柄，是因为一对序列互补的单链DNA分子会相互缠绕，形成双螺旋结构。因此，”他说，“红色可以与抗红色紧密结合，蓝色与抗蓝色紧密结合。”
“因此，”他补充道，“如果我们在一个表面画一条抗红色DNA条纹，并将涂有红色涂层的纳米管倒在上面，纳米管就会粘在线条上。但蓝色涂层的纳米管不会粘附，因为它们只会粘附在反蓝线上。”
要用碳纳米管制造纳米级的电子电路，需要有能力画出纳米级的DNA条纹。在此之前，这是一项不可能完成的任务。然而，Rothemund的DNA“折纸”的发明使之成为可能。
在这一点上，研究人员很有信心，他们已经创造了一种方法，可以用纳米管和折纸的混合物构建一个设备。
Winfree说:“这很有效。“我不能说完美——还有很大的改进空间。但这足以证明一个简单装置的可控结构，即一对碳纳米管的交叉连接。”