說起DNA，大家都很熟悉了，作為生物體的“總工程師”，DNA對生物體的作用十分重大。但你知道嗎？DNA還具有一些工業原材料的優良特性，未來，DNA也許會在工業、制造業中大放異彩。
DNA可以變塑料
白色污染已經成為迫在眉睫的環境危機，世界各國都不得不將“禁塑”提上日程。但是，已經習慣塑料的人類，在無塑可用時一定會感到十分不便，因此，制造塑料替代品也成為了人們迫切的需求。最近，有科學家發現，DNA也許能成為理想的塑料原料。
DNA是怎么與塑料扯上關系的？讓我們先來看一看塑料的制造過程。塑料的主要原料是石油和煤的副產品。原油由許多種有機物混合而成，原油被抽出來后，經過加熱、蒸餾和精煉等過程，按照沸點和密度的不同被分成多種組分，其中一種叫做石腦油，它是制造塑料的起點物質。石油腦中含有許多小分子烷烴和烯烴，比如丁烷、乙烯、丙烯等，這些小分子有機物經過一個叫聚合的化學反應被合成高分子的烴鏈。工程師們往這些烴鏈中添加一些其他物質改變其機械強度和穩定性等性能，再通過不同的模具，我們見到的各類不同形狀和用途的塑料制品就制成了。
在這個過程中，你看到了DNA的影子嗎？美國康奈爾大學的生物學家羅丹所帶領的團隊在其中找到了DNA的用武之地。DNA與塑料的本質相似，都是由碳氫組成的高分子鏈，如果能在DNA鏈中加入其他物質改變其機械性能，DNA也許就能發揮出與塑料相似的功能。
用DNA做塑料原料的優勢很明顯。與人造高分子材料不同，DNA作為地球上天然生產且歷史悠久的高分子，幾乎所有生物都具有分解DNA的酶，用DNA作為塑料完全不用擔心出現無法降解的問題；另一個明顯優勢是，現在的塑料原料主要來源是化石能源，化石能源總有枯竭的一天。而DNA不同，地球有這么多的生物，它們幾乎時時刻刻在制造DNA，將DNA作為原料，可謂是取之不盡用之不竭。
DNA如何變塑料
那么，該如何將DNA變成塑料呢？首先是收集原料，幾乎所有生物的體內都有DNA，但是珍稀動植物或者農業種植、養育的動植物當然不適合作為DNA的來源。此外，從提純的角度考慮，較小的生物體含有的DNA以外的物質較少，更適合用于提取DNA。
基于以上考慮，羅丹的研究團隊選取的是大海中的微生物和藻類、釀酒廠和制藥廠等各種發酵工廠使用過后的微生物殘渣等，從這些生物體內可以收集到方便且廉價的天然DNA。未來，如果DNA塑料真正形成了產業鏈，也可以像發酵工廠那樣，建造一個個大型培養罐，用工業法高密度培養細菌，更快地獲取大量DNA。
獲取了DNA后，要將螺旋狀的DNA鏈解開成為單鏈，方便后續添加其他物質，按用途改變其性質。此前，已經有許多團隊在嘗試將生物高分子材料多糖和蛋白質等制成塑料。但是在解旋和重組的過程中，由于沒有合適的交聯劑，往往需要大量的能量才能完成這個過程。這次，羅丹的團隊幸運地解決了這個問題。在經過許多次實驗后，研究團隊找到了一種適宜的小分子交聯劑，將它與天然DNA共同溶解在水中，在室溫下兩者就可以發生反應，最快半小時就能將DNA解旋，一個個小分子交聯劑連接到DNA單鏈上，最終將許多條DNA單鏈交聯成一個完整的凝膠狀物質。
研究團隊通過調節反應時間和天然DNA的濃度等條件調控凝膠的機械性能，制備出了像橡膠一樣柔軟的凝膠，也制出了與塑料玩具一樣堅硬的凝膠。柔軟且輕薄的DNA凝膠在鋁離子和甘油的幫助下涂覆在銅線上，由于DNA是絕緣體，因此這些DNA涂層像塑料膜一樣顯示出完全的電絕緣性，涂在銅線上就制成了一根電線。堅硬的DNA凝膠則被研究團隊制成了一個拼圖玩具，涂上了紅、綠、橙、黑等各種顏色的DNA凝膠塊，看上去與真正的塑料玩具毫無差別。
DNA塑料大變樣
加入不同的物質，DNA凝膠還表現出不同的性能，比如用甘油替代水作為交聯反應的溶劑，研究人員得到了另一種DNA凝膠。由于甘油具有極低的蒸氣壓（氣液共存時的大氣壓），甘油DNA凝膠具有非常高的機械強度的同時也保持了非常驚人的可拉伸性。研究人員用小刀切割凝膠，它不會被切碎，而是將小刀彈開；這種凝膠還像不粘鍋的表面涂層特氟龍一樣，具有強大的黏附力，一小塊小拇指大小的凝膠黏附在一部手機上，就可以輕松將手機提起來，而且凝膠不會被拉斷。這樣看來，用DNA凝膠制成的塑料袋的強度和承重能力也不必擔心。
羅丹的研究團隊還在DNA凝膠中加入了許多新型材料，包括生物酶、碳納米材料、金屬或金屬氧化物納米顆粒、高分子單體和金屬離子等，這些雜質不會干擾DNA凝結，而是賦予它一些新的特性和功能。
Cas12a是一種可在特定位點切割DNA的DNA剪切酶，當Cas12a受到刺激時，它會將DNA切開，這樣DNA制成的凝膠的形狀會發生變化甚至完全溶解，釋放凝膠內容物。運用這個特性，DNA凝膠被制成了病菌檢測儀。當DNA凝膠檢測到來自埃博拉病毒和金黃色葡萄球菌等病原體的遺傳物質時，DNA凝膠中的Cas12a酶被激活，將凝膠切斷，這時檢測儀就知道病菌的存在了。
羅丹的研究團隊還嘗試在凝膠中加磁性納米顆粒，這讓凝膠獲得磁性，可以隨著變動的磁場舞動，將之涂覆在不帶有磁性的物體上，就獲得了一個新磁體；DNA凝膠本身不具有導電性，但如果里面摻雜了金顆粒或碳納米管等導電材料，就有望做成可導電的塑料；稀土材料、熒光材料和石墨烯等物質的加入都與DNA凝膠碰撞出了新的火花，出現了各種千奇百怪的新材料。未來，這些新型塑料能發揮怎樣的功能，讓我們拭目以待。
DNA不僅是神奇的遺傳分子，指導生物們的生理特性和生化過程，現在，DNA還能變成萬能的材料分子，裝點生物體外的大千世界，給世界帶來更多改變。
