DNA生成半导体材料

在不远的将来，科学家可能利用DNA生成特定材料，而这都要归功于定向进化的理念。加州大学Santa Barbara分校的科学家首次通过基因工程和分子进化对一种半导体进行了酶合成。生物通 www.ebiotrade.com
“在人类技术领域这可能是一种新方法，但在自然界这其实是一种古老的自然途径，”文章的第一作者Lukmaan Bawazer说。该文章发表在Proceedings of the National Academy of Sciences杂志上。研究人员利用形成海绵硅骨架的硅蛋白，通过对这些酶进行定向进化，生成了新矿物结构。在这一与动物和人类骨骼形成相似的过程中，基因编码的硅蛋白作为硅骨架的模板并控制它们的矿化。硅是绝大多数商业半导体的主要原料。在这一研究中，覆盖有特定硅蛋白的聚苯乙烯微珠被培养在油包水乳剂中进行矿化反应。这种乳剂含有矿化所需的化学前体，即溶解在该乳液油相或水相中的硅或钛金属。硅蛋白与这些溶解的金属作用，使它们沉淀，并将其整合到所生成的结构中形成二氧化硅或二氧化钛纳米颗粒。研究人员通过建立含有各种硅蛋白遗传物质组合的硅蛋白基因池，生成了大批硅蛋白，并能从中筛选所需性能。“遗传物质群形成特定矿物面临两种环境压力：硅蛋白要在微珠表面直接形成矿化物质，然后矿物结构要经受物理破坏释放其中的编码基因，”Bawazer说。研究人员收集经矿化的微珠，并使微珠破裂释放其中的遗传信息，这些遗传信息可以用于研究或者进一步进化。这一研究形成了自然界不存在的硅蛋白类型，这些蛋白在形成矿物结构的过程中也具有特殊的功能。例如，与天然硅蛋白形成的典型团聚颗粒不同，该研究中的一些硅蛋白能自组装成为片状，并生成分散的矿物纳米颗粒。在某些情况下，硅蛋白还会形成结晶材料，说明定向进化过程具有形成结晶的能力，由于硅蛋白作为一种酶，氨基酸链相对较长能折叠为明确的形状，比其他较短的生物高分子或传统合成途径具有更多的功能性潜力。此外，该过程还能使用多种金属，进化为不同类型的材料。通过改变定向进化发生的实验环境，也能进化生成具有特殊功能的材料，例如进化生成高性能太阳能电池。