巴塞爾大學(xué)的物理學(xué)家開發(fā)了一種新方法，用于檢測極低溫度下DNA分子在表面上的彈性和結(jié)合特性。通過低溫力譜和計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)合，他們能夠證明DNA分子表現(xiàn)得像一個(gè)小螺旋彈簧鏈。研究人員在Nature Communications報(bào)道了他們的發(fā)現(xiàn)。

DNA不僅是一個(gè)受歡迎的研究課題，因?yàn)樗{(lán)圖 - 它還可以用于生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用的微小組件。在稱為DNA折紙的過程中，科學(xué)家們可以操縱遺傳材料，折疊DNA鏈產(chǎn)生微小的二維和三維結(jié)構(gòu)。這些可以用作例如藥物容器，導(dǎo)電管和高靈敏度傳感器。

在低溫下測量

為了能夠形成所需的形狀，熟悉所用DNA組分的結(jié)構(gòu)，彈性和結(jié)合力是很重要的。這些物理參數(shù)無法在室溫下測量，因?yàn)榉肿邮冀K處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

在低溫下也是如此：由瑞士納米科學(xué)研究所的Ernst Meyer教授和巴塞爾大學(xué)物理系領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在首次使用低溫力顯微鏡來表征DNA分子并檢查它們的結(jié)合力和彈性。

一塊一塊地分開

科學(xué)家們只在金表面放置了含有20個(gè)胞嘧啶核苷酸的少量納米長的DNA鏈。在5開爾文的溫度下，然后使用原子力顯微鏡的尖端向上拉DNA鏈的一端。在這個(gè)過程中，鋼絞線的各個(gè)組件一點(diǎn)一點(diǎn)地從表面上釋放出來。這使得物理學(xué)家能夠記錄它們的彈性以及從金表面分離DNA分子所需的力。

“分離的DNA片段越長，DNA片段越柔軟，越有彈性，”主要作者RémyPawlak博士解釋道。這是因?yàn)镈NA的各個(gè)組分表現(xiàn)得像一個(gè)彼此連接的多個(gè)螺旋彈簧鏈。由于測量結(jié)果，研究人員能夠確定各個(gè)DNA組分的彈簧常數(shù)。

計(jì)算機(jī)模擬澄清了DNA與表面不連續(xù)分離。這是由于胞嘧啶堿基與金表面DNA骨架之間的鍵斷裂，以及它們?cè)诮鸨砻嫔系耐蝗贿\(yùn)動(dòng)。理論彈性值與實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)，并確認(rèn)了串聯(lián)排列的彈簧模型。

快照提供了洞察力

研究證實(shí)，低溫力譜非常適合檢測低溫條件下DNA鏈的力，彈性和結(jié)合特性。

“與低溫電子顯微鏡一樣，我們采用低溫力譜進(jìn)行快照，這使我們能夠深入了解DNA的特性，”Meyer解釋道。“將來，我們還可以利用掃描探針顯微鏡圖像來確定核苷酸序列。”