美開發DNA序列分揀碳納米管新法

碳納米管為長形細小的石墨圓筒，具有電子學和熱力學等多方面的特征，這些特征隨著碳納米管的形狀和結構變化而有所不同。人們發現，碳納米管多重性特征致使其本身有能力應用于電子學、激光器、傳感器和生物醫學，同時也能作為復合材料中的增強元素。　　目前用于生產碳納米管的方法所獲得的是由粗細各異和對稱性（或空間螺旋特征）不同的多種碳納米管產品的混合物。在這些不同的碳納米管使用前，需要把它們拆散開，按照電子特性進行分類并篩選出來。然而，從單壁納米管混合物中系統地挑選出具有相同電子特征的碳納米管是人們所期望的目標，也是至今為止被證明為難以逾越的障礙。
　　在最近出版的《自然》雜志上，美國杜邦公司和理海（Lehigh）大學科學家組成的研究小組表示，他們在生產碳納米管（CNTs）方面取得了突破性的進展，成功開發出以DNA為基底的可從多種碳納米管的混合物中分揀出特殊類型的碳納米管的方法。
　　在《自然》雜志上撰文的作者分別是鄭明、屠曉民、阿南德·賈古塔和蘇熱西·曼努哈爾（均為音譯）。其中鄭明和屠曉民為杜邦公司研發中心的科學家；賈古塔為理海大學化學工程教授，曼努哈爾為理海大學化學工程碩士生。他們的文章題為“用于碳納米管特殊結構識別和分離的DNA序列”。
　　據悉，早在2003年，杜邦公司、麻省理工學院和伊利諾伊大學的科學家組成的研究小組曾開發出用單螺旋DNA和陰離子交換色譜法從半導體碳納米管中篩選金屬碳納米管的方法，并在《科學》雜志上發表文章介紹了研究進展。研究小組的負責人是當時同在杜邦公司供職鄭明和賈古塔。
　　新的研究成果顯示，在2003年的基礎上，科學家取得了顯著的進步。現在，他們確認了20多個能識別碳納米管類型的DNA短序列，這些DNA短序列能夠從各種碳納米管的混合物中分揀出所需的特殊類型的碳納米管。
　　當前的試驗研究由鄭明和屠曉民在杜邦公司完成，而賈古塔和曼努哈爾利用分子模擬構建了結構模型。研究人員說，新的方法借助專門的DNA序列，可從碳納米管混合物中分揀出所有12種主要的單空間螺旋特征的半導體碳納米管，其分揀能力能夠滿足基礎研究和應用開發的需求。
　　賈古塔表示，如果選擇的DNA序列正確，那么它能識別某種特殊類型的碳納米管，同時幫助人們將該碳納米管從多種碳納米管中分揀出來。他認為，這種具有實用性的成果進一步增大了人們開發出大規模生產碳納米管的可能性。
　　那么，DNA序列是如何識別和分揀不同的碳納米管的呢？研究小組表示，這同DNA自身的某種能力相關，該能力致使DNA可通過包裹碳納米管，形成與其本身常見的雙螺旋有所不同的結構。賈古塔介紹說，碳納米管的圓筒形結構對于DNA而言是陌生的。但是，研究人員卻能讓DNA吸附到不同結構的表面。如果表面為類似于碳納米管的圓筒形，那么人們獲得的則是被稱為貝塔管桶（beta—barrel）的變形體。
　　雖然目前研究人員還沒有充分的證據用以證明他們的推測，但他們認為，間接的證據在極大程度上支持了他們的觀點。他們相信，DNA能形成完美的有序結構，同時識別特殊的碳納米管，正如同生物分子能夠通過結構相互識別那樣。
　　賈古塔認為，新的研究成果在生物醫學分支中具有特殊的意義，碳納米管的潛在應用之一是將碳納米管放置在基底上，在人體中釋放細胞。他同時表示，人們對該研究在生物醫學中的應用很感興趣，如何解釋DNA同納米材料的相互作用？碳納米管是否在人體中有害？這是一個十分開放的領域。