新軟體用DNA創建3D奈米結構

據最新一期《科學進展》雜誌報道，美國杜克大學和亞利桑那州立大學研究人員新開發的開源軟體程式可讓用戶繪製圓形的圖紙或數字模型，並將它們轉化為由DNA構成的3D結構，每個3D結構就是一個微小的空心體，其直徑不超過百萬分之五釐米，一根針頭上可容納超過50000個這樣的微結構。

研究人員表示，這些不僅僅是奈米雕塑。該軟體可讓研究人員製造微型容器來運送藥物，或製造用於鑄造具有特定形狀的金屬奈米顆粒的模具，用於太陽能電池、醫學成像等。

對大多數人來説，DNA是生命的藍圖，所有生物的遺傳指令。但對於新研究來説，DNA不僅僅是遺傳資訊的載體，它還是源代碼和構建材料。

DNA的遺傳密碼中有四個“字母”或鹼基，它們在細胞中以可預測的方式配對，形成DNA階梯的梯級。研究人員採用了DNA的這些嚴格的鹼基配對特性——A與T，C與G，通過設計具有特定序列的DNA鏈，他們可對這些鏈進行“編程”，將它們拼湊成不同的形狀。

該方法包括在數百條短DNA鏈的幫助下折疊一條或幾條數千個鹼基長的單鏈DNA，這些短DNA鏈與長鏈上的互補序列結合併將它們“固定”到位。

研究人員開發了軟體DNAxiS，其工作原理是將一條長長的DNA雙螺旋盤繞成同心環，這些同心環相互堆疊以形成物體的輪廓，就像使用黏土圈來製作鍋一樣。為了使結構更堅固，該團隊還可以用額外的層來加固它們以提高穩定性。

研究團隊展示了他們可製作的各種形狀：圓錐形、葫蘆形、三葉草形。DNAxiS是第一個允許用戶自動設計此類形狀的軟體工具，它使用演算法來確定放置短DNA“訂書釘”的位置，以將較長的DNA環連接在一起並將形狀固定到位。

例如，給定一個蘑菇形狀的模型，電腦會吐出一系列DNA鏈，這些鏈會自組裝成正確的結構。一旦在試管中合成並混合了鏈，其餘部分就會自行處理：通過加熱和冷卻DNA混合物，在短短12小時內就能神奇地折疊成DNA奈米結構。

研究人員表示，他們的DNA設計軟體在新型三維結構的自動化設計方面向前邁出了一大步。

總編輯圈點

DNA，我們最為熟悉的生物大分子，不僅攜帶了大量生物學資訊，如今，還可以作為奈米結構和奈米器件的重要組成構件——這也是近些年來圍繞DNA研究形成的新熱點。DNA成為一種自組裝的材料，能像紙張一樣被折疊，建造出所需的3D奈米結構。本文介紹了一種新開發的開源軟體程式，用戶可以自行設計各種形狀，比如蘑菇形、葫蘆形。軟體此刻化身“神筆馬良”，將設計圖變成施工圖，幫助進行DNA的建構。這樣一來，用DNA創建3D奈米結構的門檻也可以大為降低。