伊利諾大學開發「DNA 相機」，普通實驗室也能拍出分子級影像

11 日，伊利諾大學厄巴納-香檳分校的研究團隊正在解決分子生物學中的一個重大挑戰：如何高解析度地拍攝 DNA，以促進基因研究。這項研究由物理學教授 Aleksei Aksimentiev 及研究助理 Kush Coshic 主導，他們利用國家超級電腦應用中心（National Center for Supercomputing Applications，NCSA）的計算資源，包括 Delta 和 DeltaAI 超級電腦，進行微秒時域的全原子分子動力學模擬，以模擬原子間的相互作用並驗證實驗設置。

研究人員發現，DNA在某些表面上可以直立，這個突破使得高品質影像的捕捉成為可能。他們的研究基於德國慕尼黑大學Tinnefeld實驗室的發現，該實驗室使用單層石墨烯製作了一種「DNA相機」，稱為 GETvNA。這種方法使得雙鏈DNA能夠在石墨烯上以垂直方向排列，進而能檢測微小的構象變化。

Aksimentiev表示，GETvNA的關鍵優勢在於其可及性，這使得即使是缺乏昂貴設備的實驗室也能進行高解析度的單分子研究。這項技術不僅能捕捉DNA的結構動態，解析度達到埃斯特朗（angstrom）等級，還能夠在即時中觀察DNA損傷修復或蛋白質轉運等過程。

▲ DNA鏈於含原子級針孔缺陷之六方氮化硼表面的擴散模擬。（Source：伊利諾大學厄巴納-香檳分校）

此外，研究團隊還發現，透過使用二維材料六方氮化硼（hBN），他們能夠控制單鏈DNA的運動，這為構建「分子機器」奠定基礎。這些發現不僅有助於理解生物分子在二維表面上的運動，還為設計精確的奈米流體裝置鋪平道路。

Aksimentiev的團隊已在《ACS Nano》、《Nature Methods》和《Nature Nanotechnology》等國際頂尖期刊上發表了他們的研究成果，並計劃進一步探索DNA在石墨烯表面上的動態行為。這項研究得到了人類前沿科學計畫和美國國家科學基金會的資助，並依賴於NCSA等中心的計算資源。