科技日?qǐng)?bào)北京12月27日電 (記者張夢(mèng)然)據(jù)最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志報(bào)道，美國(guó)杜克大學(xué)和亞利桑那州立大學(xué)研究人員新開發(fā)的開源軟件程序可讓用戶繪制圓形的圖紙或數(shù)字模型，并將它們轉(zhuǎn)化為由DNA構(gòu)成的3D結(jié)構(gòu)，每個(gè)3D結(jié)構(gòu)就是一個(gè)微小的空心體，其直徑不超過百萬分之五厘米，一根針頭上可容納超過50000個(gè)這樣的微結(jié)構(gòu)。

研究人員表示，這些不僅僅是納米雕塑。該軟件可讓研究人員制造微型容器來運(yùn)送藥物，或制造用于鑄造具有特定形狀的金屬納米顆粒的模具，用于太陽能電池、醫(yī)學(xué)成像等。

對(duì)大多數(shù)人來說，DNA是生命的藍(lán)圖，所有生物的遺傳指令。但對(duì)于新研究來說，DNA不僅僅是遺傳信息的載體，它還是源代碼和構(gòu)建材料。

DNA的遺傳密碼中有四個(gè)“字母”或堿基，它們?cè)诩?xì)胞中以可預(yù)測(cè)的方式配對(duì)，形成DNA階梯的梯級(jí)。研究人員采用了DNA的這些嚴(yán)格的堿基配對(duì)特性——A與T，C與G，通過設(shè)計(jì)具有特定序列的DNA鏈，他們可對(duì)這些鏈進(jìn)行“編程”，將它們拼湊成不同的形狀。

該方法包括在數(shù)百條短DNA鏈的幫助下折疊一條或幾條數(shù)千個(gè)堿基長(zhǎng)的單鏈DNA，這些短DNA鏈與長(zhǎng)鏈上的互補(bǔ)序列結(jié)合并將它們“固定”到位。

研究人員開發(fā)了軟件DNAxiS，其工作原理是將一條長(zhǎng)長(zhǎng)的DNA雙螺旋盤繞成同心環(huán)，這些同心環(huán)相互堆疊以形成物體的輪廓，就像使用黏土圈來制作鍋一樣。為了使結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，該團(tuán)隊(duì)還可以用額外的層來加固它們以提高穩(wěn)定性。

研究團(tuán)隊(duì)展示了他們可制作的各種形狀：圓錐形、葫蘆形、三葉草形。DNAxiS是第一個(gè)允許用戶自動(dòng)設(shè)計(jì)此類形狀的軟件工具，它使用算法來確定放置短DNA“訂書釘”的位置，以將較長(zhǎng)的DNA環(huán)連接在一起并將形狀固定到位。

例如，給定一個(gè)蘑菇形狀的模型，計(jì)算機(jī)會(huì)吐出一系列DNA鏈，這些鏈會(huì)自組裝成正確的結(jié)構(gòu)。一旦在試管中合成并混合了鏈，其余部分就會(huì)自行處理：通過加熱和冷卻DNA混合物，在短短12小時(shí)內(nèi)就能神奇地折疊成DNA納米結(jié)構(gòu)。

研究人員表示，他們的DNA設(shè)計(jì)軟件在新型三維結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)方面向前邁出了一大步。

總編輯圈點(diǎn)

DNA，我們最為熟悉的生物大分子，不僅攜帶了大量生物學(xué)信息，如今，還可以作為納米結(jié)構(gòu)和納米器件的重要組成構(gòu)件——這也是近些年來圍繞DNA研究形成的新熱點(diǎn)。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納米結(jié)構(gòu)。本文介紹了一種新開發(fā)的開源軟件程序，用戶可以自行設(shè)計(jì)各種形狀，比如蘑菇形、葫蘆形。軟件此刻化身“神筆馬良”，將設(shè)計(jì)圖變成施工圖，幫助進(jìn)行DNA的建構(gòu)。這樣一來，用DNA創(chuàng)建3D納米結(jié)構(gòu)的門檻也可以大為降低。