目前，DNA芯片和微陣列技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成價(jià)值數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，科學(xué)家可以使用這項(xiàng)技術(shù)同時(shí)檢查數(shù)千個(gè)基因，了解它們中發(fā)生突變的情況，或者發(fā)現(xiàn)疾病的線索。然而，因?yàn)镈NA探針固定在微陣列芯片的固體表面上，所以靶標(biāo)尋找到探針是一個(gè)緩慢的過程。此外，很難把探針之間的距離控制在納米精度上。

　　美國亞利桑那州立大學(xué)生物設(shè)計(jì)研究所的科學(xué)家日前表示，他們在全球范圍內(nèi)首次開發(fā)出了全部由自組裝DNA納米結(jié)構(gòu)組成的基因檢測平臺(tái)。在新出版的美國《科學(xué)》雜志上，科學(xué)家認(rèn)為，新的研究成果對基因芯片技術(shù)有著廣泛的影響，有望創(chuàng)造性地改變分析單個(gè)細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的方式。

　　該生物設(shè)計(jì)研究所的工作重點(diǎn)在于促進(jìn)衛(wèi)生保健、提供可再生能源和清潔環(huán)境創(chuàng)新、扼制全球傳染病威脅以及加強(qiáng)國家安全創(chuàng)新。研究所以擁有生物科學(xué)、納米工程學(xué)和先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的團(tuán)隊(duì)為手段，力求解決復(fù)雜的全球問題的方案，并讓促進(jìn)其加速進(jìn)入市場。

　　結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)目前發(fā)展十分迅速，該技術(shù)把生物分子組裝成各種納米結(jié)構(gòu)，廣泛地應(yīng)用于從人類健康到納米電子學(xué)等諸多領(lǐng)域中。亞利桑那州立大學(xué)文理學(xué)院化學(xué)和生物化學(xué)助教授嚴(yán)浩(音譯)領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科研究組通過研究，尋找到了用結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)檢測RNA的方法。他表示，如果看到他們DNA自組裝的過程，人們會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)數(shù)以萬億的DNA納米結(jié)構(gòu)可以在幾微升的溶液里同時(shí)形成。而非常重要的是，它們具有生物相容性且易溶于水。

　　除嚴(yán)浩外，參與研究小組工作的還有論文第一作者、化學(xué)和生物化學(xué)研究生柯永剛(音譯)、化學(xué)和生物化學(xué)助教授劉燕(音譯)、單分子生物物理中心主任、物理學(xué)教授斯圖亞特?林德賽，以及生命科學(xué)學(xué)院的副教授常永(音譯)。

　　為開發(fā)基因檢測平臺(tái)中能探測RNA的探針，嚴(yán)浩利用了DNA堿基對配對的規(guī)則。通過控制堿基在一段合成DNA拷貝中的準(zhǔn)確位置，他將一個(gè)單鏈基因組DNA(稱為M13)編譯成DNA納米(探測)瓦片(nanotiles)，其含有針對特定基因表達(dá)靶標(biāo)的探針。科學(xué)家表示，僅僅經(jīng)過簡單操作，M13就變成了100萬億個(gè)納米瓦片，且產(chǎn)率接近100%。這些自組裝形成的能探測RNA的探測納米瓦片看上去就像納米尺寸的郵票。

　　研究組設(shè)計(jì)了三種不同的DNA探針瓦片，用于檢測三種不同的RNA基因。同時(shí)，還設(shè)計(jì)了一個(gè)條碼索引用于把不同的瓦片區(qū)分開來。嚴(yán)浩說：“每一個(gè)探針都可以通過自身的條碼加以辨別，因此我們把它們混合在同一個(gè)溶液中，然后我們用它進(jìn)行多元檢測。”為拍攝單分子級(jí)的瓦片圖像，科學(xué)家采用了原子力顯微鏡(AFM)。

　　在每一個(gè)DNA探針瓦片的表面有一條懸掛著的單鏈DNA片斷，可以與目標(biāo)RNA靶標(biāo)結(jié)合。每一個(gè)探針實(shí)際上都含有兩個(gè)一半的探針，當(dāng)靶標(biāo)RNA到來的時(shí)候，它將與半探針雜交，讓單鏈懸掛探針變成剛硬的結(jié)構(gòu)。與DNA探針結(jié)合之后，DNA-RNA雜交變硬，變硬變化可以被原子力顯微鏡的懸臂感覺到，從而告訴人們完成了一個(gè)不需要標(biāo)簽的RNA檢測。

　　盡管還有許多技術(shù)障礙有待克服，但科學(xué)家表示：“我們的方法所提供的是水溶性探針瓦片反應(yīng)物，因此樣本的容量有可能縮小到單細(xì)胞容量的水平。我們的最終目標(biāo)是在單細(xì)胞水平上檢測RNA基因表達(dá)。”

通過控制這些堿基在一段合成DNA拷貝中的準(zhǔn)確位置，研究人員制成了含有針對特定基因表達(dá)靶標(biāo)的探針的納米瓦片。利用原子力顯微鏡（AFM），科學(xué)家在單分子水平上拍攝到瓦片的圖像。結(jié)果實(shí)現(xiàn)了一個(gè)機(jī)械的、不需要標(biāo)簽的RNA檢測。