<p>指南者留学全国统一咨询热线：<a href="tel:4001831832" style="color:#1677ff; text-decoration:none;">400-183-1832</a>，全国各地区、各分公司联系方式均为此号码。</p><p>北卡罗来纳州达勒姆&mdash;&mdash;杜克大学(Duke University)和亚利桑那州立大学(Arizona State University)研究实验室里出现的微小纳米级结构令人惊叹，你很容易想象自己正在浏览世界上最小的陶器目录。</p> <p>&nbsp;</p> <p>一篇新论文揭示了这些团队的一些发明:小花瓶、碗和空心球体，一个藏在另一个里面，就像俄罗斯套娃的家庭用品。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但研究人员不是用木头或粘土制作这些物体，而是用线状的DNA分子设计这些物体，弯曲和折叠成复杂的三维物体，精度达到纳米级。</p> <p>&nbsp;</p> <p>这些发明展示了杜克大学博士生Dan Fu和他的导师John Reif开发的一种新的开源软件程序的可能性。12月23日发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的报道称，该软件允许用户绘制圆形图形或数字模型，并将其转化为DNA组成的3D结构。</p> <p>&nbsp;</p> <p>DNA纳米结构由合著者Raghu Pradeep Narayanan和Abhay Prasad在亚利桑那州立大学的Hao Yan教授的实验室组装和成像。每个微小的空心物体直径不超过百万分之二英寸。一根针尖上就能装下5万多个。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但研究人员表示，这些不仅仅是纳米雕塑。该软件可以让研究人员创造出运送药物的微型容器，或者为太阳能电池、医学成像和其他应用创造出铸造特定形状的金属纳米颗粒的模具。</p> <p>&nbsp;</p> <p>对大多数人来说，DNA是生命的蓝图;所有生物的基因指令，从企鹅到杨树。但对于赖夫和严的团队来说，DNA不仅仅是遗传信息的载体&mdash;&mdash;它是源代码和建筑材料。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在DNA的遗传密码中有四个&ldquo;字母&rdquo;或碱基，它们在我们的细胞中以一种可预测的方式配对，形成DNA阶梯的梯级。研究人员采用的正是DNA严格的碱基配对特性&mdash;&mdash;A与T, C与G。通过设计具有特定序列的DNA链，他们可以&ldquo;编程&rdquo;这些链将自己拼凑成不同的形状。</p> <p>&nbsp;</p> <p>这种方法包括折叠一条或几条单链DNA长片段(数千个碱基长)，借助几百条短DNA链与长链上的互补序列结合，并将它们&ldquo;固定&rdquo;在适当的位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>自20世纪80年代以来，研究人员一直在试验将DNA作为建筑材料。最早的3D形状是简单的立方体、金字塔、足球&mdash;&mdash;表面粗糙块状的几何形状。但要设计出更类似于自然界中发现的曲面结构一直很棘手。该团队的目标是扩大这种方法可能产生的形状的范围。</p> <p>&nbsp;</p> <p>为此，傅园慧开发了一款名为DNAxiS的软件。该软件依赖于Yan在2011年描述的一种DNA构建方法。20年前，Yan在加入亚利桑那州立大学之前，曾在杜克大学与Reif一起做博士后。它的工作原理是将长DNA双螺旋螺旋盘绕成相互堆叠的同心圆，形成物体的轮廓，就像用粘土线圈制作罐子一样。为了使结构更坚固，该团队还可以用额外的层来加固它们，以增加稳定性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>傅园慧向我们展示了它们能做出的各种形状:球果、葫芦、三叶草的形状。DNAxiS是第一个允许用户自动设计这种形状的软件工具，使用算法确定在哪里放置短的DNA&ldquo;钉&rdquo;，将较长的DNA环连接在一起，并保持形状不变。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;如果它们太少，或者它们在错误的位置，结构就不会正确形成。&rdquo;傅说。&ldquo;在我们的软件出现之前，形状的曲率使这个问题特别困难。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>例如，给定一个蘑菇形状的模型，计算机就会吐出一串DNA链，这些DNA链可以自我组装成正确的结构。一旦DNA链被合成并在试管中混合，剩下的事情就会自行解决:通过加热和冷却DNA混合物，在短短12小时内，&ldquo;它就像魔法一样折叠成DNA纳米结构，&rdquo;赖夫说。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人员说，他们的DNA设计软件在实验室或临床的实际应用可能还需要数年时间。但Reif说:&ldquo;这在自动设计新型三维结构方面是向前迈出的一大步。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>本研究由美国国家科学基金会资助(1909848,2113941,2004250,1931487)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>引用本文:Daniel Fu, Raghu Pradeep Narayanan, Abhay Prasad, Fei Zhang, dewright Williams, John S. Schreck, Hao Yan, John Reif，&ldquo;具有非栅格化2D曲率的3D DNA折纸自动化设计&rdquo;。《科学进展》，2022年12月23日。DOI: 10.1126 / sciadv.ade4455</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。</p> </blockquote>