生物+電子﹕碳奈米管來牽線

Original publish date:Jan 03, 2003

編輯 Agape 報導

碳奈米管又有新的應用了﹕經過特殊化學處理的碳奈米管﹐結合適當的核酸基﹐可以用來識別DNA﹐並且具有與電子元件結合的發展潛力。

因著其合成容易及具有獨特的導電特性﹐碳奈米管在如今的奈米科技發展中﹐佔了一個重要的角色。至目前為止﹐其應用研究的方向大部份是在其導電特性上(電子元件﹑電子源等)。而荷蘭Delft科技大學的Keith A. Williams等人﹐則從碳奈米管的化學特性著手﹐將其可應用的領域擴展到了生物科技。

對於學習(分子)生物的人來說﹐分離DNA的手續應不算陌生。但是利用碳奈米管來作為識別及分離DNA的工具﹐可能還是頭一回聽說。基本上﹐Keith A. Williams等人所用來作為識別及分離DNA的原理﹐與傳統方式是一樣的﹕將帶有與目標DNA互補磷酸基的(單股)核酸﹐與所欲分離的單股DNA在溶液中混合﹔利用磷酸基之間的匹配﹐DNA會與核酸結合而被從溶液中分離出來。Keith A. Williams等人研究的獨特之處﹐乃是將碳奈米管接在用來分離DNA的核酸上。

碳奈米管經由王水(硝酸﹕硫酸=1﹕3) ﹑鹽酸處理之後﹐其兩端帶有許多羧基群﹐然後經由進一步處理使其管末端形成帶有NHS (N-hydroxysuccinimide) 的酯類。經處理後的碳奈米管﹐再與PNA(peptide nucleic acid﹐縮氨酸核酸) 在DMF(dimethylformamide)溶液中混合。在DMF溶液中﹐PNA會透過取代碳奈米管末端的NHS基與碳奈米管結合﹐形成PNA-SWNT。當Keith A. Williams等人將所合成的PNA-SWNT與所欲分離的單股DNA混合在一起之後﹐利用原子力顯微鏡(AFM﹐atomic force microscope) 觀察到DNA成功地與PNA-SWNT結合而被分離出來。

由於碳奈米管已經被證明可以應用在製造電晶體﹑電子源﹑奈米感應器等元件﹐如今又被展示可用來作為識別及分離DNA﹐Keith A. Williams等人的研究結果﹐可說是為未來生物科技與電子學的結合﹐搭起了一座互通有無的橋樑。

原始論文：
Keith A. Williams et al., Carbon nanotubes with DNA recognition, Nature 420, 761 (2002).

參考來源：

• Nature: Carbon nanotubes with DNA recognition
• Biology Offers Nanotechs a Helping Hand

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