DNA成为一种变革性的新材料

在微观层面，利用高分辨率显微镜我们可以看到DNA的真实结构，就像一条长度只有2纳米的毛线。我们不仅可以看到它，还可以操纵它排列出我们想要的字母。在宏观层面，特殊的纺丝技术可以把DNA纺成细丝，它的强度比天然蛛丝的强度还要高，可以作为防弹衣和人工韧带等的原材料。最早提出把DNA作为一种材料来使用的是纽约大学的西曼（Seeman）教授，他在1983年提出这个新颖的想法时还被认为是荒诞和不切实际的，但是现在已经变成现实。

为什么DNA可以作为一种变革性材料呢？

我们都知道信息技术世界的底层逻辑是0和1，而我们生命的“底层逻辑”就是A、G、T、C4个字母。如果把0和1看作二进制，那么DNA就是一个四进制的编码体系，大自然中的花鸟虫鱼本质上都是A、G、T、C的排列组合。DNA作为一种生物亿万年进化选择的高分子材料，拥有一个和其他材料不同的特征，即可编程性，因此它的本质是一种由A、T、C、G4种核苷酸组成的、可编码的分子信息材料。

有一种叫作“DNA折纸”的技术，就像织毛衣一样，可以按照特定的程序把DNA编制成各种各样不同的图案。最早是美国加州理工学院罗斯蒙德（Rothemund）博士利用这样的编程技术，用DNA编织了一个直径为70纳米的笑脸图案。2006年，我们团队用DNA编织了一张中国地图，这是一个不对称的DNA纳米结构，也可能是最小的中国地图。后来我们又用这张地图作为模块单元，拼出了一个熊猫图案。这个快速发展的技术领域我们称为“DNA纳米技术”或者“核酸纳米技术”。简单地理解，这种技术可以像织毛衣或3D打印一样，把DNA这种信息材料编码成一维、二维、三维、多孔、曲面等各种各样的纳米尺度结构。

这些非常规则和精确的材料有着广泛的应用。宏观世界里最有用的材料就是框架材料，例如房子就是由多种框架材料构成的。框架材料为什么重要？我国古代的哲学家老子给出了一个最精准的哲学描述，就是“利”和“用”的关系。《道德经》里有一句话是“故有之以为利，无之以为用”，就是说必须要有框架、有空间才能发挥作用，就像用空碗才能吃饭，用空杯才能喝水，空屋才能住人，框架里面空心的部分“无”才是能够发挥作用的部分。

基于利用DNA来编织框架结构的能力，我们率先在国际上提出了“框架核酸”的概念，即一类人工设计的结构核酸，它的尺寸、形貌和力学特性可以程序性地调控。这种微小的框架核酸可以“住”分子，为生物分子的识别提供更好的结构支撑，从而成为疾病诊疗、合成生物学等领域的重要工具。

在过去的十几年里，我们和国际上许多团队一起在框架核酸的领域做了很多工作，并证明它确实是一个通用的“技术平台”和“工具箱”，可以为生物检测、疾病治疗甚至与微电子相关的领域提供非常精细的基本工具。 d8nD9OvuHSjq/CpVqlMVfT6vGhNkJyuCx9NKIV/xAJ7qqboTDgDL9zaND59Nuh3/