麻省理工用DNA進行納米級的3D列印？

DNA是一種納米級的物質，它由A 、T、G、C 四種鹼基組成，它的形狀就像是一個雙螺旋的小梯子。然而，DNA一定是這種雙螺旋結構嗎？非也，DNA 可以被摺疊為任何3D的形狀。

來自麻省理工等大學的科學大咖們通過一個特殊演算法實現了這一切。整個過程就像是以DNA 的鹼基為材料進行納米級的3D列印。本期，3D科學谷將與谷友一起來了解一下這個3D DNA 是怎樣實現的，以及科學家這樣做的意義。

像梯子一樣的DNA 雙螺旋結構

像摺紙一樣摺疊DNA

如果是單鏈的DNA並不會形成雙螺旋結構，而是以一定的空間扭曲存在。麻省理工的科學家正是利用了這一點，通過通過一個巧妙地演算法來設計DNA中A、T、G和C鹼基的位置，使DNA鹼基扭向指定的方向，或者說是讓DNA 單鏈進行足夠的彎曲和纏繞從而形成一個3D 幾何結構。

其中最大的難度在於如何設計出這些幾何結構，比如，僅僅讓DNA鏈組成一個十二面體就是一個極其複雜的任務，幾乎沒有人有經驗能夠手工組裝如此複雜的分子，這些分子往往由數以千計的鹼基對組成。而這正是科學家們需要解決的問題。

科學家們研究出一種DNA摺紙序列設計演算法（DAEDALUS）實現這一切。這個演算法將確定所需要DNA摺紙序列設計演算法的鹼基的具體順序，就像提供了一個「腳手架」，然後一個DNA單鏈將圍繞著它進行彎曲和纏繞，形成所需的形狀。科學家要做的是提供帶封閉曲面的3D形狀（比如多面體、圓環等），然後將其輸入計算機，並規定好規格範圍。

下面就是科學家設計出的各種迷人的DNA形狀（這些照片是用3D單粒子低溫電子顯微鏡拍攝的）：

科學家表示，研究這種DNA 3D結構，將可以用於輸送藥物、製造像CRISPR Cas9基因編輯元素這樣的封裝工具，甚至可以存儲信息。這種方法的應用意義甚至將大大超越醫學和基因編輯領域。

這項科研成果已經發表在了5月25日的《科學（Science）》雜誌上。

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