约翰-霍普金斯大学的研究人员在仅为人类单根头发宽度的百万分之一的微观管道上工作，设计了一种方法来保护这些最微小的管道，防止最小的泄漏。由自我组装、自我修复的纳米管构建的无泄漏管道可以连接到不同的生物结构上，这是向开发纳米管网络迈出的巨大一步，有朝一日可能将专门的药物、蛋白质和分子运送到人体的特定细胞。最近《科学进展》杂志概述了高度精确的测量结果。
用纳米管制成的无泄漏管道，可以自我组装、自我修复，并能将自己连接到不同的生物结构。这个视频显示了这些纳米管的"蠕动"。资料来源：约翰·霍普金斯大学
共同领导这项研究的化学和生物分子工程副教授丽贝卡-舒尔曼说："这项研究非常强烈地表明，使用这些简单的自组装技术建造不漏水的纳米管是可行的，我们在溶液中混合分子并让它们形成我们想要的结构。在我们的案例中，我们还可以将这些管子连接到不同的端点，形成类似管道的形状。"
科学家们使用的管子有几微米长，或大约是一个尘埃粒子的大小，直径为7纳米，或比一只蚂蚁小大约200万倍。
该技术基于一种现有的技术，该技术将DNA片段作为构建块重新利用，以生长和修复管子，同时允许它们寻找并连接到特定的结构。
类似的结构已经在早期的实验中被创造出来，以创造被称为纳米孔的更小结构。这些设计集中在DNA纳米孔调节分子通过实验室培养的类似于细胞膜的脂质膜运输的能力。
然而，如果说纳米管就像管道，那么纳米孔就像短小的管件，无法独立到达其他管道、水箱或设备。为了解决这类问题，舒尔曼的团队专门研究了生物启发式纳米技术。
"从孔隙中建立一个长管子，可以让分子不仅穿过把分子关在室或细胞内的膜的孔隙，还可以引导这些分子离开细胞后的去向，"舒尔曼说。"我们能够建造从孔隙延伸出来的管子，比以前建造的那些管子要长得多，可以使分子沿纳米管'高速公路'的运输接近现实。"
纳米管是利用不同双螺旋之间交织的DNA链形成的，由于尺寸极小，科学家们一直无法测试这些管子是否能在不泄漏的情况下运送分子更远的距离，或者分子是否能从其壁隙中滑过。
共同领导这项研究的约翰霍普金斯大学化学和生物分子工程系的博士毕业生Yi Li进行了相当于在管道末端盖上盖子并打开水龙头以确保没有水漏出的纳米技术。Yi用特殊的DNA"塞子"盖住管子的末端，并让荧光分子溶液通过它们来跟踪泄漏和流入率。
通过精确测量管子的形状，它们的生物分子如何连接到特定的纳米孔，以及荧光溶液的流动速度，研究小组证明了管子是如何将分子转移到类似于细胞膜的实验室培养的小袋子中的。发光的分子像水一样从滑道上滑过。
Li说："现在我们可以把这称为更多的管道系统，因为我们利用这些通道引导某些材料或分子流过更长的距离。我们能够使用另一种DNA结构来控制何时停止这种流动，这种结构非常具体地与这些通道结合，以停止这种运输，作为一个阀门或一个塞子工作。"
DNA纳米管可以帮助科学家更好地了解神经元如何相互作用。研究人员还可以用它们来研究癌症等疾病，以及人体200多种细胞的功能。
接下来，该团队将用合成和真实的细胞，以及不同类型的分子进行更多研究。