“未来，你吃的药可能是用DNA“折”出来的”

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说到dna，不是马上就会联想到双螺旋吗？ 涉及dna的结构不仅如此，科学家们现在利用dna折纸技术，构建了四面体、六面体、棱柱等许多复杂的结构

虽然给人一种dna呈双螺旋形状的印象，但9月7日，中美科学家共同开发了巨大的dna，并将其连接起来，构建了四面体、六面体、棱柱等更大、更复杂的结构。 为了使dna能够自由改变结构，它依赖于dna折纸技术，其概念提出者美国加州理工大学的保罗·罗斯蒙德使用dna在硅片上绘制了一幅名画“星星空”。

科学家们研究dna折纸技术不是为了艺术创作，目的是利用dna碱基对的特征，以其为原料构建纳米模型，而不是遗传新闻的载体。 将来，可以利用dna折纸技术制造纳米机器人、合成疫苗、dna硬盘、纳米胶囊药物

形成从二维到三维dna的各种形状

dna折纸技术是将与薄片相连的dna制成纸，通过设计和堆积，做成自己想要的样子。 天津化工学院教授、博士生导师齐浩将紧密缠绕的dna长链重复折叠成纸，多条短单链dna起到类似订书钉的功能，固定长链dna的特定位置，实现二维或三维空

dna之所以能如诉求般折叠和粘贴，得益于其独特的双螺旋结构:两条平行、反向的单链之间精密的碱基互补几乎相连，钥匙上有锁，具有唯一性和高度特异性。 这些碱基的化学组成可以使设计了碱基序列的两条dna单链在广阔的锁链海洋中相互找到，紧密结合，最终构成研究者想要的形状。 齐浩说。

要进行dna折纸，需要首先用编程软件进行排列设计，然后将模板链和辅助折叠链按一定比例混合进行退火杂交，对得到的组装结构进行后续的功能化修饰和最终纯化等操作。 齐浩解释说，模板链是作为支架的dna长链，辅助折叠链是钉。 如果将dna和订书钉混合加热到一定的温度，冷却到室温，这些链就会按照预先设计的排列，自发地变成所需的形状。 由于各个dna链互不相同，整个dna折纸结构完全可以寻址，可以指定任意位置对结构进行功能修饰。

从2d笑容的表情到3d几何和字母积木，折纸技术也越来越强。 就目前dna折纸的迅速发展程度而言，理论上可以设计的二维或三维结构可以通过dna折纸技术实现。 齐浩说。

2006年，罗斯蒙德提出dna折纸技术后，在他的实验室开发了cadnano软件程序，通过该程序可以手动构建被称为支架dna折纸的二维图纸。 齐浩介绍说，后来升级的新软件程序dubbed cando可以用于预测cadnano的二维设计性能和最终可以设计的三维结构。

随着dna折纸技术的飞速发展，美国亚利桑那州大学生物化学研究所的严浩课题组、哈佛大学的殷鹏课题组等成功地折叠了控制单链的dna，形成了二维或三维纳米结构，形成了越来越多的复杂形状。 改进的技术也大大提高了折纸的稳定性，使利用dna折纸技术形成任意形状成为可能。 齐浩对记者说。

送药、保存报纸折叠的dna能力爆炸

纳米机器人是dna折纸技术最大的应用行业之一，目前纳米机器人在药物配送和疾病治疗方面显示出巨大的潜力。 在将dna折叠成各种形状的结构中，一个用途是运载药物分子、金属纳米粒子、蛋白质等物质。 据齐浩称，分子通常被运送到订书钉上。 因为每个dna纳米结构包含约200个订书钉，可以准确地运送货物。

目前，研究人员正在生产这种纳米机器人，这些纳米机器人可以携带药物沿着设计路径移动，准确到达病灶位置，进行准确的给药。 比如，齐浩介绍了年严浩团队和中国国家纳米科学中心的研究人员共同开发的dna纳米机器人分发系统。 这个纳米机器人具有形成血栓、杀死肿瘤的凝血酶，通过识别肿瘤的微环境信号，将药物准确地输送到肿瘤附近的血管。 然后，利用核素、定向序列、拉链序列等部件，打开纳米机器人，使药物精确

释放，在肿瘤附近形成血栓，切断肿瘤供给，谋求肿瘤饿死。

不仅是纳米机器人，dna折纸技术也可以在医疗行业构建用于治疗和诊断的传感器、药物和疫苗。 齐浩例如在四面体dna纳米结构上搭载抗生物素蛋白和寡核苷酸抗原，形成合成疫苗。 在小鼠的研究中，与链霉抗生物素蛋白和寡核苷酸的混合物相比，可以使小鼠体内产生越来越多的抗体，增强免疫应答。

也可以用dna折纸结构制作药物纳米片。 细胞内必要时，可制备药物的dna折纸纳米胶囊。 齐浩解释说，理论上，纳米胶囊中应该含有rna聚合酶，是产生rna和dna模板的酶。 一旦被激活，纳米胶囊就会开始制造和释放相对有效载荷，就像病毒利用细胞内的物质复制自身一样。

dna折纸还应用于干细胞的研究。 在以往的干细胞研究中，所用药物和材料面临着生物相容性差、生物利用度低等诸多问题，由dna折纸形成的dna四面体纳米结构( tdn )具有促进干细胞自我更新、促进干细胞迁移、促进干细胞向特定方向分化等诸多特征。

除医疗行业外，dna折纸技术还在新闻存储和加密行业得到推广。 采用dna作为硬盘，新闻存储效率远远超过硬盘的500万倍，节省了空之间，更加稳定。 齐浩介绍说，用dna折纸技术整合的dna模式还包括空之间的位置排列、整合单元数等新闻，可以大幅提高dna新闻的承载能力。

廉价、高效，改进折纸技术需要rna

尽管dna纳米技术是20多年前开发的，但也面临着许多挑战。 虽然dna折纸对人类健康有很大的影响，但是生产比是个重要的问题，现在生产率还没有达到克水平。 齐浩表示，以现有技术无法大规模量产。 而且效率低下而且存在的是高价。 现在，dna折纸的价格非常高，在实验室里，折一个小图形，需要花费几千元到几万元的人民币。

另一个难题是，能附着在dna上的材料品种非常少。 正在努力扩大折纸设计中可采用的材料范围。 例如，以蛋白质为订书钉组装dna，更新cadnano设计软件程序，试图囊括rna和蛋白质结构单位的采用。

目前最大的限制还是缺乏对自组装过程的控制。 随着dna折纸的结构变大，错误地折叠的机会也会增加。 目前，研究者正在寻找抑制自组织错误的新战略。 齐浩介绍说，罗斯蒙德提出的可能性之一是放弃以前流传的做法(体外混合、加热、冷却的做法)，利用细胞进行合成事业。 更多复杂的折纸纳米结构可能必须采用rna。 与dna不同，单链rna无需钉即可保持形状。 但是，现在rna纳米材料行业几乎都是处女地，需要学习的东西还很多。 (记者陈曦)