酸納米設計的平行宇宙研究取得進展

1982年，納德里安·西曼（Nadrian C. Seeman）教授以分支交叉（branch junction）為基礎，開創了DNA納米技術領域的先河。近四十年來，DNA納米技術蓬勃發展，可以精準實現各種復雜二維及三維的圖案或形狀的自組裝，而結構模塊大多依照普通交叉（regular junction）來設計。而早在上世紀90年代初，由西曼教授同時提出的另一DNA模塊類型——混合交叉（mesojunction），卻被研究者忽視和遺忘。雖然混合交叉的部分單元設計已在實驗中得到初步驗證，但是后續相關的研究長期以來近乎停滯。

清華大學生命學院魏迪明課題組（MADlab）在《美國化學學會志》（Journal of the American Chemical Society）上發表題為“基于混合交叉的新型DNA納米結構設計范式”（Mesojunction-based design paradigm of structural DNA nanotechnology）的研究論文。

該研究**將多種混合交叉應用于不同的DNA納米結構設計。首先，研究人員將三臂或四臂的混合交叉作為基礎單元，通過精妙的設計，使其通過粘性末端之間的堿基互補配對，實現周期性排列的一維組裝。之后，研究人員以四臂混合交叉為代表，分別實現了無骨架（scaffold-free）方法與有骨架（scaffolded）方法介導的二維結構與三維結構的組裝，充分展示了混合交叉在各種設計方法中的普適性。正如文中指出的，此交叉模式似乎存在與極其多樣和復雜的基于經典普通交叉的DNA納米結構設計的平行宇宙之中。鑒于混合交叉的種類數目超過經典交叉，這意味著在該領域存在尚未探明的廣闊設計空間。

上：以半周螺旋為臂長的混合交叉示意圖；中：以一周半螺旋為臂長的混合交叉示意圖；下：由混合交叉組裝的二維陣列

清華大學生命科學學院2022屆碩士畢業生王天琦和生命科學學院博士后白坦蹊為本文的**作者，清華大學生命科學學院魏迪明副教授和紐約大學Ohayon教授為本文的共同通訊作者。已故的紐約大學西曼教授為該研究提供了寶貴的指導和建議。該研究得到科技部、清華大學春風基金、清華-北大生命科學聯合中心、中國博士后科學基金等機構的基金資助。