亚利桑那州立大学 通过连接自连接的三角形和矩形多角体构建的各种3D多角体的模型和透射电子显微镜图像
从左到右:四面体、三角形双锥、八面体、五边形双锥、三棱柱、直角棱镜、五边形和六边形棱镜
信用:严昊 由严昊领导的华硕和上海交通大学(SJTU)的科学家团队，华硕分子科学学院的米尔顿·格利克教授和华硕生物设计研究所分子设计和仿生学中心主任，刚刚宣布创造一种新型的元DNA结构，这将打开光电子学(包括信息存储和加密)以及合成生物学的领域
这项研究今天发表在《自然化学》杂志上——事实上，元脱氧核糖核酸自组装的概念可能会彻底改变结构脱氧核糖核酸纳米技术的微观世界
众所周知，沃森-克里克碱基配对的可预测性和脱氧核糖核酸的结构特征使得脱氧核糖核酸可以被用作设计复杂的纳米结构和器件的强大构件
“DNA技术的一个里程碑无疑是DNA折纸术的发明，在这种技术中，一条长的单链DNA()在数百条短的DNA短链的帮助下被折叠成指定的形状，”严解释说
“然而，组装更大(微米到毫米)尺寸的脱氧核糖核酸结构一直具有挑战性，直到最近，这限制了脱氧核糖核酸折纸术的使用
“这种新的微米级结构大约相当于人类头发的宽度，比原始的脱氧核糖核酸纳米结构大1000倍
自从2011年凭借精美的DNA折纸纳米结构登上《科学》杂志封面以来，阎和他的合作者们一直在不懈努力，利用大自然的灵感，寻求解决复杂的人类问题
“在目前的研究中，我们开发了一种通用的“元DNA”(M-DNA)策略，允许各种亚微米到微米大小的DNA结构以类似于简单的短DNA链在纳米级水平上自组装的方式自组装，”严说
该小组证明了亚微米尺度的6螺旋束脱氧核糖核酸折纸纳米结构(间位脱氧核糖核酸)可以用作单链脱氧核糖核酸的放大类似物(ssDNA)，并且两个含有互补“间位碱基对”的间位脱氧核糖核酸可以形成具有程序化旋向和螺旋间距的双螺旋
使用元脱氧核糖核酸构建模块，他们构建了一系列亚微米到微米尺度的脱氧核糖核酸结构，包括元多臂连接、三维多面体和各种二维/三维晶格
他们还展示了一种在元脱氧核糖核酸上的分级链置换反应，将脱氧核糖核酸的动态特征转移到元脱氧核糖核酸上
在助理教授彼得·苏尔克的帮助下，他们使用了一个粗粒度的DNA计算模型来模拟双链M-DNA结构，并理解所获得的左旋和右旋结构的不同产量
此外，通过改变单个M-DNA及其相互作用的局部灵活性，他们能够构建一系列亚微米或微米级的DNA结构，从1D到三维，具有各种各样的几何形状，包括元连接、元双交叉瓦片(M-DX)、四面体、八面体、棱柱和六种类型的密集晶格
在未来，更复杂的电路、分子马达和纳米器件可以使用分子脱氧核糖核酸进行合理设计，并用于与生物传感和分子计算相关的应用
这项研究将使动态微米级的脱氧核糖核酸结构的创建变得更加可行，这种结构在刺激下可以重新配置
作者预计，这种移动脱氧核糖核酸策略的引入将把脱氧核糖核酸纳米技术从纳米尺度转变为微观尺度
这将产生一系列亚微米和微米级的复杂静态和动态结构，从而实现许多新的应用
例如，这些结构可以用作支架，用于图案化比以前认为可能的更大和更复杂的复杂功能部件
这一发现也可能导致更复杂和复杂的行为，模拟细胞或细胞成分与不同的基于移动脱氧核糖核酸的分层链置换反应的结合
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