加利福尼亚州旧金山市——今春， 在涌向旧金山湾区的人群当中，不仅仅有为去参观巨人队新主场的棒球迷。3月26日至30日，来自世界各地的参加第219届美国化学学会（ACS） 大会的化学家、物理学家、生物学家和工程师也来到了旧金山。大会期间，一个关于一种新奇的有机分子能给旧塑料带来新生机的报告和另一个关于DNA芯片的新型替代物的报告，引起了与会科学家的广泛关注。

用“软带子”制成的硬材料

　　在神话故事中，巫师喷洒一些魔粉就可以让人美梦成真；而萨默尔 · 司塔普（Samuel Stupp）就是这样一位能让人美梦成真的术士。司塔普是一位来自伊里诺斯州伊万斯顿西北大学的化学家。在ACS大会上，他报告了一种新的分子，这种分子包含三个部分。只需一丁点，它就可以剧烈地改变诸如用于制造咖啡杯和有机玻璃等日用聚合物的强度和光学性质。由此出发，这种新的分子调节剂可以让像聚氯乙烯这样的日常塑料具有防弹背心那样的强度和硬度，而且还可以大幅度降低成本。

　　弗吉尼亚工业学院和柏莱斯堡州立大学高分子化学家迪默西 · 隆（Timothy Long）认为，“这对高分子化学来讲确实是一种奇特的方法”，“添加这么少的新物质就可以改变塑料的性质，这太不同寻常了”。

　　当初，司塔普和他的同事们并不是在刻意寻找调节塑料性质的方法。他们先前合成了一种两组分分子，并命名为“杆卷”（rodcoils）。 这样命名是因为这种分子的一半是坚硬的，另一半是柔软的。司塔普等人发现，这种独特的结构可以使得分子聚集在一起形成蘑菇状的“分子丛”，这些“分子丛”还可以再相互堆积连成片。

　　对于司塔普小组目前的工作来说，他们希望知道能否让这种“杆卷”结构变形为一维的链状结构。为此，他们首先把第三种组分连接到分子的坚硬的那一端。这个新组分称为“分支元”（dendron）， 它是一个从分子的末端伸出的具有两个触角的“Y”形原子团；在每一个触角上都覆盖着羟基，这些羟基可以迅速地与邻近的基团形成较弱的氢键。这样就形成了所谓的“分支一杆卷”结构的三组分分子，简称为DRC。当研究人员把少量DRC融入到一种有机溶剂中时，他们惊奇地发现液体溶剂立刻变成了凝胶；而且很明显，DRC相互粘连在了一起。进一步的研究表明，DRC自身形成为一带状结构而不是链状结构。

　　对于上述现象，司塔普解释道，当把DRC加人到溶剂中时，一个“分支元”触角上的羟基与另一个“分支元”触角上的羟基形成氢键，这些氢键把DRC连接在了一起，成为DRC链。当然，DRC链不止一条。两条平行的DRC链之间同样由氢键相连，这样就形成了一条像拉链一样的带状结构（其宽度仅有10纳米，而长度可达500纳米，因而称之为纳米带）。在这个拉链结构的周围还存在另外的拉链结构，它们之间也同样用氢键相连，这样所有DRC相互连接成为网状结构。

　　但是，司塔普说，DRC在相互作用形成网状结构的同时，新近形成的带状结构还吸引着溶剂分子紧挨在它们的旁边，因为这样可以降低纳米带的表面能。这样一来，液体溶剂分子就停止了自由运动，而变成蓝色的凝胶。为什么是蓝色的呢？司塔普补充说道，因为带状结构的尺寸跟蓝光的波长差不多，所以蓝色光比其他颜色的光更易受到散射。令人吃惊的是，这种变化完全发生在仅含有0. 3%的纳米带和99. 7%溶剂的溶液之中！

　　然而，这种纳米带的魔力还远不止这些。司塔普和他的同事、伊里诺斯大学博士安琪 · 祖巴拉（Engene Zubara）和研究生马丁 · 帕尔拉（Matin Pralle） 以及西北大学研究生艾利 · 斯通（Eli Stone）决定试一试，如果用苯乙烯（一种液体，它是普通聚苯乙烯塑料的原料）代替原先的溶剂将会发生什么情况。令他们感到吃惊的是，溶液再次变成了蓝色的凝胶。甚至，当他们接下来把含有这种纳米带的塑料熔化并拉成纤维时，发现所有的纳米带和相应的高分子链都朝同一个方向排列。这使得这种纤维的强度比那些内部分子随机取向的聚苯乙烯纤维大得多。

　　司塔普还告诉我们，他们除了与聚苯乙烯打交道以外，还通过调节化学成份，改进了其他许多类型的塑料和橡胶的性质。另外，他们还把这种纳米带作为模板，通过沉积半导体来制造纳米导线（宽度为纳米数量级）。这些纳米导线可用于集成未来的微型计算机芯片。或许，这种蓝色的纳米带与哈里 · 波特尔（Harry Potter）所描写的巫师的宝石不完全相同；但是，它确实跟巫师的宝石一样具有不可思议的魔力。

跟踪DNA已为时不远了

　　近来，跟踪基因在不同组织之间的转移过程，正成为各大生物实验室的研究热点。如果这些热衷者的思路是正确的，那么终将有一天，医生在给你看病时，就会按部就班地先检测你的基因图谱，然后根据你的基因图谱选择最有效的药物对你进行治疗。跟踪基因，这一新鲜事物的关键在于DNA芯片。DNA芯片是一小片硅，在它的表面上点缀着成千上万个DNA片段，每个DNA片段对应着一部分基因。可是，现在这项技术还有重大缺陷，即一个单DNA芯片价值几千美元，然而它是一 一次性的，用过一次就报废了。但是，峰回可能路转。在一个探讨DNA诊断技术的ACS 学术报告会上，一位来自帕玛赛克公司（这是一家创办于新泽西州的制药公司）的科学家沃鲁德克 · 曼德基（Wlodek Mandecki）报告了一种用无线电收发器来追踪活性基因的廉价方法。

　　为了能跟踪活性基因，研究人员首先要合成DNA的单列短片段；然后像排方格子一样将它们连接到一个玻璃片或硅片上；最后用计算机记录队列，上每一点的DNA序列。因为DNA基底只与互补对粘合（A型与T型互补，C型与C型互补），所以，基片上的短DNA片段能够用于粘合基团。为了观察组织是否在传递某一个基因，研究人员把组织的细胞信使RNA （mRNA，它们由活性基因组成）转变成一个单列DNA，并且用荧光化合物示踪。他们洗去芯片上的示踪DNA，观察队列上的那些发光点，然后核对它们在计算机上的位置，找出哪些基因是活性的。

　　为了找到一个更廉价的替代方法，曼德基必须找到一个辨别DNA片段分离的新手段。幸运的是，他偶然发现了一个解决方案，并称之为微型脉冲收发器。这种微型脉冲收发器实际上是一种微型硅片器件。每个器件仅有几百微米见方，即只有几根头发丝那么粗。每个微型脉冲收发器都存有一个ID号码。当它发出一个无线电识别信号时，信号能被附近的接收器接收。比这大得多的脉冲收发器（大约为阿司匹林药片那样大小）早已应用于行李、汽车等物品的ID标签中了。但是，因为这些微型脉冲收发器要用外来无线电波的能量作为动力，所以它们需要一些体积与之相当的嵌入式装置来把能量转变为电能，并且返回无线电信号。

　　曼德基说，这些脉冲收发器可以直接当作DNA标签来使用。曼德基和帕玛赛克公司的同事们首先合成了长度较短的DNA片段（称为低聚核苷酸），然后将这些低聚核苷酸连接成已知基因的互补序列。接着他们用标准的化学办法把这些探测器安装到硅基标签上。当低聚核苷酸安装好以后，再用计算机记录它的序列号和与之相对应的脉冲收发器的号码。下一步，帕玛赛克小组采用与用DNA芯片相同的办法把细胞的mRNA转变成带有荧光标签的单列DNA；紧接若将它们混入含有低聚核苷酸的溶液中，当然，低聚核苷酸是用无线电标记过的。

　　最后，研究人员简单地让溶液流过一个类似于流动血细胞计数器的装置。这是一台普通 的用于逐个地统计细胞个数的实验仪器。当脉冲收发器和基因流过一个狭窄的通道时，研究人员还用激光照射它们。当脉冲收发器受到激光的照射后，它会发出一个无线电信号，这样就暴露了它和与它相对应的低聚核苷酸的ID号码。同样，DNA上的荧光标签受到激光的照射后也会发光。如果出现了一道伴随若无线电信号的光，那么就说明低聚核苷酸正在牵引着一条DNA，因此基因是活性的；相反，DNA就没有与低聚核苷酸相连，因此相应的基因是情性的。

　　[Science， 2000年4月]