2019年1月2日《科学-进展》报道，麻省理工学院和亚利桑那州立大学的研究人员设计了一个计算机程序，允许用户将任何形状的绘图转换成由DNA构成的二维纳米结构，适用于细胞生物学、光子学、量子传感和计算等领域。
DNA折纸术是将DNA折叠成微小结构的科学。19世纪80年代初，纽约大学内德•西曼（Ned Seeman）首次提出利用DNA碱基配对能力来创造任意分子排列。2006年，加州理工学院保罗·罗曼德（Paul Rothemund）创造了第一个二维DNA结构，将一条长长的单链DNA穿过结构并与之杂交，这种被称为“脚手架”的DNA链可以帮助整体结构保持稳定。其他人后来使用类似的方法来创建复杂的三维DNA结构。然而，所有这些工作都需要复杂的人工设计，例如确定脚手架穿过整个结构的路线，并设计必要的DNA序列。
这项新研究中，研究者尝试将二维DNA结构的设计自动化。他们开发了一种计算机程序，可以将任何形状的绘图转换为DNA序列，并创建脚手架序列。用户在任何计算机绘图程序中绘制图形，转换成计算机辅助设计文件，输入该DNA设计程序，就可以轻松地制作指定的形状。相应的三维多面体软件工具TALOS已经在网上发布，并将很快在ACS Nano上发表。这些尺寸在10~100纳米的图形，可以悬浮在缓冲溶液中稳定保存数周甚至数月。
研究人员对合成DNA结构实现精确的控制，就可以在特定的位置添加多种其他分子。例如将抗原附着在DNA结构表面，在纳米尺度上模板化抗原结构，揭示免疫细胞如何识别病毒和细菌上的特定抗原结构并被激活。另一个关键的应用是设计光收集电路，研究人员将光敏材料附着到DNA结构上，模拟植物中的光合成复合物。除了收集光能，这种电路还可以用来进行量子传感和基本计算。如果成功的话，这将是第一个可以在室温下工作的量子计算电路。
吴晓燕 编译自http://news.mit.edu/2019/dna-design-program-0103
原文链接：http://advances.sciencemag.org/content/5/1/eaav0655?rss=1
原文标题：Autonomously designed free-form 2D DNA origami
