納米合成生物學(xué)：融合創(chuàng)新的新維度

李峰，張先恩

（1 中國科學(xué)院武漢病毒研究所，生物安全大科學(xué)研究中心，病毒學(xué)國家重點實驗室，湖北 武漢 430071；2 中國科學(xué)院深圳理工大學(xué)（籌）合成生物學(xué)院，廣東 深圳 518055）；3中國科學(xué)院生物物理研究所，生物大分子國家重點實驗室，北京 100101

1959 年，量子物理學(xué)家理查德·費曼在加州理工學(xué)院發(fā)表了一次歷史性的演講［1］。他提出了一個問題：“為什么我們不能把24卷《大英百科全書》全部寫在一個針尖上？”要實現(xiàn)這一目標(biāo)，必須將書寫工具的尺寸縮小25000 倍，而這在當(dāng)時是不可能做到的。然后費曼轉(zhuǎn)向了生物系統(tǒng)：“它可以非常小，許多細(xì)胞非常微小，但它們非常活躍；它們制造各種物質(zhì)，在非常微小的尺度上做著各種神奇的事情”。這個問題挑戰(zhàn)了幾代人，并在接下來的幾十年里催生了一個新興的科學(xué)領(lǐng)域——納米技術(shù)［2］。從富勒烯到碳納米管，再到石墨烯，碳納米材料的相繼出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，是納米技術(shù)興起和快速發(fā)展的縮影［3］。

在同一時期，伴隨著DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)，生命科學(xué)發(fā)生了革命性的變化。一方面，隨著分子細(xì)胞生物學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物組學(xué)的發(fā)展，人們對生物大分子、細(xì)胞和細(xì)胞過程的結(jié)構(gòu)和功能有了前所未有的認(rèn)識。生物學(xué)和納米科學(xué)的結(jié)合揭示了活細(xì)胞正是一個充滿分子機(jī)器的天然納米工廠。另一方面，基因工程技術(shù)使人們能夠操縱生物大分子，甚至從頭合成生物系統(tǒng)。生物技術(shù)與納米表征技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建有益的生物基納米材料與器件以及雜合生物納米器件成為現(xiàn)實［4］。……