来自美国亚利桑那州立大学的研究人员在一项最新成果中，获得了解决一种关键设计难题的新办法，这将能令研究人员生成各种各样的2维和3维结构，从而推动DNA纳米技术新兴领域的发展。
领导这一研究的是亚利桑那州立大学颜颢教授，颜颢早年毕业于山东大学，这位以自己独特的技术成果在学术界打出一片天空的华裔科学家，多年来在Science，Nature杂志上发表了多项重要的成果，备受关注。
DNA不仅仅是生命的密码，它还是制造纳米级构件和设备的通用元件。通过现代生物技术，我们可以制造出很长的DNA分子，上面排列着根据意愿选择的构建模块序列，这为DNA的应用开辟了广阔的新天地，而不仅限于自然界中生物进化的领域。
颜颢的研究小组就利用结构DNA纳米技术（利用了DNA作为遗传信息编码聚合物的优点，通过DNA分子卓越的自组装和识别能力实现精确的纳米构架，就如同纳米机械在工作一样），构建了许多重要的结构，如特洛伊木马结构——用以提高药物输送到癌细胞的效率，导电金纳米线，单分子传感器和可编程的分子机器人。
现在他们又继续在分子水平上探索着这些结构的几何和物理限制。“这一领域的研究人员对于构建线性或者网状的结构，十分感兴趣，”颜颢说，“我们需要研发出新的设计思路，来构建更加复杂的三维结构。”
在最新这项研究中，他们完成了类似线框，分子镊子，剪刀，螺丝，手风扇，甚至是一张蜘蛛网之类的2维和3维结构，十分有趣。这一研究成果公布在3月22日出版的Science杂志上。
通过一种“自下而上”扭曲技术，研究人员将分子乐高设计的关键点聚焦于一种称为Holliday交叉（Holliday junction，HJ）的DNA结构上。在自然界中，这种十字形，双叠DNA结构就像是遗传机制中的十字路口，两个独立的DNA螺旋能用于交换遗传信息。Holliday交叉带来了地球上各种各样的生物，并确保后代具有来自母亲和父亲DNA信息的独特重组。
在自然界里，Holliday交叉能以约60度角的角度扭曲双叠DNA链，这是交换基因的一个完美角度，但有时对于DNA纳米技术的科学家来说，这并不是好消息，因为这限制了其结构的设计规则。
“原则上，你可以利用这个支架横向连接多个层，”然而，当你需要构建垂直方向结构时，DNA的极性就会导致无法构建多层，“我们需要做的是把这个角度旋转过来，进行力量连接”。
研究人员通过改变每个Holliday交叉之间DNA的长度，使得Holliday交叉中几何形状发生了非常规的重排，令这个交叉更加灵活，并首次能在垂直方向上构建结构。颜教授将其称为烧烤架形状，DNA烧烤架。
“我们惊讶的发现这能奏效！”他说，“一旦能完成这样的工作，那么就很容易进行新的设计了。如果你被传统规则所束缚，就很难走出新的一步，一旦你走出了这一步，形势就变得明确了。”
DNA“搭出”上百种三维纳米结构成亮点
美国哈佛大学维斯生物工程研究院的科学家用DNA“砖块”造出了100多种三维纳米结构。几个月前，该研究小组曾造出了一些二维结构，这是又一大的进步，意味着他们从能建造一面墙到可以建造一座房子了。
2012年初，研究小组在《自然》杂志上报告称，他们用DNA砖块（每块长42个碱基，折叠成矩形“砖块”）构造出了二维平面，包括所有罗马字母、标点符号、数字等107个图案，但构建三维结构需要新的“折叠”方法。
新方法用的DNA砖块更小（长度为32个碱基），将每个碱基对砖块转了90度，再将每两个砖块并成立体状，就可以向“上”、向“外”两个方向添砖加瓦了。每8个碱基对（约2.5纳米）构成一个“三维像素”，这是它的最小结构单位，1000个这样的像素构成一个模块，这些模块就成为制作三维建筑的DNA分子“原料块”。研究人员用这些“原料块”制作了102种复杂的三维结构，包括字母、符号、汉字等，不仅表面精巧，还有着复杂的内部洞穴和孔道。
DNA纳米技术的应用
利用DNA纳米结构开发出人工膜通道
在国际著名杂志Science上的一篇研究报告中，来自慕尼黑工业大学和密歇根大学的物理学家揭示了，可以通过一种DNA纳米技术来构建出人工膜通道，这种技术以DNA分子为程序可控的“建筑材料”来构建一系列自我装配、设计开发的纳米级别的特殊结构。这就为未来分子传感器、抗菌制剂等的开发提供了思路。
为了将细胞内环境和外部环境隔开，有机体开发出了相同的屏障：一种由两个脂质分子层所形成的不通透的细胞膜。这项研究中，研究者所开发的人工膜通道完全是由DNA构成的，其具有一系列的应用价值，如果想往细胞中注射某种东西，我们必须在细胞膜上打洞才能完成，然而这种设备可以直接完成这项任务。
DNA纳米结构电化学生物传感器开发成功
中科院上海应用物理研究所、苏州纳米技术与纳米仿生研究所、复旦大学中山医院、上海计量测试技术研究院合作开发了一种基于DNA纳米结构修饰界面 的电化学生物传感器，用于microRNA肿瘤靶标的超灵敏检测。
樊春海研究员及其团队之前已发展了利用三维DNA纳米结构修饰 金电极表面的新方法，可以显着增强表面分子的结合能力和提高检测灵敏度。科研人员将这种DNA纳米结构修饰表面用于microRNA的传感检测。研究表明，这种新型的生物传感器可以检测到 aM（10-18 mol/L）水平（<1000个分子）的microRNAs，具有良好的单碱基区分能力，且能与前体RNA很好地区分。
