作者:亚利桑那州立大学理查德·哈特 彼得·苏克是分子设计和仿生学生物设计中心和亚利桑那州立大学分子科学学院的研究员
学分:亚利桑那州立大学生物设计研究所 一系列令人印象深刻的建筑形式可以从著名的乐高积木中产生
所有需要的是一个孩子的想象力来构建一个几乎无限多种复杂的形状
在发表在《物理评论快报》杂志上的一项新研究中，研究人员描述了一种以几十亿分之一米的比例使用乐高元素的技术
此外，他们能够哄骗这些设计元素进行自我组装，每个乐高积木块识别其合适的配对，并以精确的顺序连接起来，以完成所需的纳米结构
虽然新研究中描述的技术是在计算机上模拟的，但该策略适用于DNA纳米技术领域常见的自组装方法
在这里，相当于每一个乐高积木由一个由脱氧核糖核酸制成的纳米结构组成，脱氧核糖核酸是我们遗传密码的著名分子库
构成脱氧核糖核酸的四个核苷酸——通常被标记为A、C、T&G——根据一个可靠的规则相互粘附:A核苷酸总是与Ts配对，C核苷酸与Gs配对
利用碱基配对的特性，像这项新研究的相应作者彼得·苏尔克这样的研究人员可以设计出可以在试管中成形的DNA纳米结构，就像自动驾驶仪一样
苏尔克说:“设计积木之间相互作用的方法可能有很多，这就是所谓的‘组合爆炸’。”
“不可能逐个检查每一个可能的积木式设计，看看它是否能自我组装成所需的结构
在我们的工作中，我们提供了一个新的通用框架，可以有效地搜索可能的解决方案的空间，并找到一个自我组装成所需的形状，并避免其他不需要的组装
" Sulc是分子设计和仿生学生物设计中心和亚利桑那州立大学分子科学学院的研究员
他的同事卢克·亚什·克罗克以及来自意大利的国际合作者弗拉维奥·罗马诺和约翰·鲁索也加入了他的行列
这项新技术标志着快速发展的脱氧核糖核酸纳米技术领域的一个重要里程碑，在这个领域，自组装形式正在进入从纳米镊子到寻找癌症的脱氧核糖核酸机器人的方方面面
尽管取得了令人印象深刻的进步，但依靠分子自组装的建筑方法不得不应对建筑材料的意外粘合
挑战随着预期设计的复杂性而增加
在许多情况下，研究人员困惑于为什么某些结构是由一组给定的基本构件自组装而成的，因为这些过程的理论基础仍然知之甚少
为了解决这个问题，苏尔克和他的同事发明了一种聪明的颜色编码系统，该系统能够将碱基配对限制在最终结构的设计蓝图中出现的那些碱基配对，并且禁止交替碱基配对
该过程通过定制设计的优化算法工作，其中用于预期形式的自组装的正确颜色代码以最小能量产生目标结构，同时排除竞争结构
接下来，他们将该系统投入使用，利用计算机设计了两种对光子学领域非常重要的晶体形式:烧绿石和立方金刚石
作者指出，这种创新的方法适用于任何晶体结构
为了应用他们的理论框架，苏尔克开始了与严昊和尼克·斯特凡诺普洛斯教授的新合作，他们是他在生物设计和短信公司的同事
他们共同致力于实验性地实现他们能够在模拟中设计的一些结构
“虽然我们框架的明显应用是在脱氧核糖核酸纳米技术中，但我们的方法是通用的，也可以用来设计蛋白质的自组装结构，”苏尔克说
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