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在你的DNA上,下一盤世界上最小的井字棋




再來一回合。




加州理工學院的科學家們使用的是一種被稱作DNA摺紙(origami)的技術,設計出了世界上尺度最小的井字棋——棋盤的寬度大概600納米。

大家可能對「納米」這個單位的尺度認知有限,我們做一個直觀的對比:小孩子的頭髮絲大概有0.04毫米(40000納米)那麼粗,也就是說這盤棋大概就0.015根小孩子的頭髮的直徑那麼寬。

學過中學生物的朋友們都知道,DNA有A/T/C/G四種遵循互補原則的鹼基。

摺紙技術的核心,是在在計算機建模下利用鹼基的配對,藉助數條短鏈將一條長鏈DNA進行來回摺疊,從而讓DNA組裝成特定的納米結構。



「摺紙」技術可以用DNA凹出一些特定的形狀



或者說得更簡單一點,這個技術能夠把形貌各異的DNA鏈條像樂高積木一樣堆來堆去,組裝成一個有著特殊結構和功能的「新產品」。

比如設計出密集而微小的電路結構,又或者用這些納米尺度的零件裝配出用於醫療的微型機器人。



擬人化效果大概是這樣



但過去用DNA構建這類機器人時,有一個突出的問題是怎麼開發出能夠控制DNA納米結構的機制,將這些配件組合在一起實現更系統的功能。

也就是怎樣給「機器人」的行為邏輯進行編程。

加州理工學院的生物工程團隊一周前的這篇論文,開發了一個可以讓DNA磚塊位移的機制,讓這些DNA磚塊可以在更複雜的系統中產生級聯反應。

不過在展示效果的時候,科學家們選擇了非常Geek的展示方式,就有了上面我們看到的,在DNA上下出的井字棋。



眾所周知,井字棋是一款簡單的遊戲!



這盤DNA井字棋的棋盤由9個DNA磚塊組裝,每塊「磚」的邊緣都有特殊的「膠水」,「玩家」在含有這些棋盤的試管中輪流添加標記為「X」或者「O」的DNA磚塊來「下棋」。

因為這些「棋子」被編程過,所以特定的「X」和「O」只會滑入棋盤上的特定位置,取代那裡的空白瓷磚,就像下面的動圖顯示的那樣。



看上去你來我往,實際上下一步天都黑了



在這局可能是人類歷史上規模最小的棋類遊戲中,選擇「X」的那方獲得了勝利。

不過,這套DNA井字棋不僅是最小的,可能還是最硬核的。因為重新排列DNA需要時間,玩一局大概要花上六天,《文明6》都要甘拜下風。

這不是加州理工學院的科學家們第一次這麼玩了。

大概一年前,這個團隊展示了自己第一個DNA摺紙項目——用預先設計好圖案的DNA磚塊,拼接出了世界上最小的蒙娜麗莎像。




這裡插句嘴八卦一下,負責這個項目的科學家Lulu Qian是一位年輕的華人女性,據傳是錢學森的孫女。同時,她也是最近這篇「井字棋」論文的作者之一。

他們先把蒙娜麗莎的畫像劃分成了無數的小方塊,然後再用DNA摺紙技術在每一個正方形上將基因鏈摺疊成想要的圖案,最後用特殊的「膠水」將DNA磚塊們鏈接在了一起。



雖然實際效果和預期動畫有點偏差



這幅用DNA磚塊拼接出的《蒙娜麗莎》寬度為700納米,大概是《蒙娜麗莎》原畫尺寸的七十六萬分之一。

按照這個研究的進度(和科學家們的玩興),說不定將來我們還真的能在DNA的尺度上玩《文明》呢。





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