2006 年，加州理工学院（Caltech）的 Paul Rothemund 博士开发了一种技术，能按照预先的设定，将 DNA 折叠成特殊的形状。这一技术也被戏称为“DNA 折纸”。它让科学家们能控制 DNA 的自我组装，拼成特定的形状。100 纳米大小的笑脸，就是科学家们的杰作。这一技术除了好玩之外，还给纳米技术领域带来了革命：人们能利用这一技术，制造出分子级的“设备”，或是分子级的“智能材料”，从而带来无限应用可能。然而，为了进一步拓展纳米技术的应用前景，我们还需要大大增加“DNA 折纸”的尺寸。

DNA 折纸技术曾于 2006 年登上《自然》封面（图片来源：《自然》）

12月8日，同样是来自加州理工学院的钱璐璐教授开发了一种成本低廉的“DNA 折纸”技术，能让大块大块的结构进行自我组装，形成完全自定义的结构。为了彰显这项技术的潜力，钱璐璐课题组用 DNA 创造了世界上最小的“蒙娜丽莎”画。这一突破性的成就登上了最新一期《自然》杂志的封面。

本研究的组装思路（图片来源：钱璐璐教授课题组 / 加州理工学院）

在纳米技术专家的眼里，DNA 是一种杰出的化学材料--DNA 中的四种碱基能精确地相互匹配，形成稳定结构。举例来说，为了让 DNA 折成想要的形状，纳米专家们会在环境中提供一条长长的单链 DNA，并辅以多条能和该单链长 DNA 不同区域形成互补的单链短 DNA。在精确匹配后，最初的单链长 DNA 的各个互补区域会各自折叠，让整个分子自组装成我们想要的结构。多块不同的小折纸进行组合，就能拼出更大的结构。想要让 DNA 组装成复杂的结构，就必须对 DNA 的生化特性有着极为深入的理解。如果不能准确预测每一块折纸的折叠方式，想要组装成复杂结构也就无从谈起。除此之外，我们还需理解每一块 DNA 折纸的生化特性，才能确保不同的折纸块找到自己的伙伴，按正确的位置组合拼接在一起。

这正是钱璐璐教授团队所面对的挑战。为此，他们特地开发了一款软件，能根据输入的图像，设计一张“DNA”画布。画布由不同的 DNA 折纸组合而成，而每一块 DNA 折纸，都需要精确的设计。“我们可以把每一块 DNA 折纸都加上不同的边缘，让它们和特定的 DNA 折纸相结合，在特定的位置发生自我组装，从而形成一个 DNA 超结构，”该研究的共同第一作者 Grigory Tikhomirov 博士说道：“但这样一来，我们就需要设计上百种不同的边缘。这在合成上是非常昂贵的，因此很难做设计。我们希望能使用很少的边缘特征，但依旧让不同的折纸找到自己的位置。”

“我们合成了每一种小的折纸块，并将它们放在不同的试管中。这样的试管一共有 64 根，”该研究的另一名共同作者、研究生 Philip Petersen 说道：“我们知道每一根试管里有什么折纸块，因此我们知道如何对它们进行组合，组装出最后的产品。首先，我们从每 4 根试管里拿出折纸块进行组装。这样你就得到了 16 个 2x2 的折纸块。用同样的方法，我们进一步组装出了 4x4 的折纸块。最终，我们组装出了一整块大的 8x8 折纸块，由 64 个小折纸块组成。我们设计了每一小块的边缘，因此我们知道它们会如何组装。”这一 8x8 的折纸块是 Rothemund 博士在 2006 年折出的 DNA 的 64 倍大。由于研究人员不断重复使用同样的边缘进行组合，实际上研究人员们的工作量并没有多出许多。这能在保持成本接近的同时，拓展 DNA 折纸的应用前景。

研究人员们还组装出了细菌（上）和公鸡（下）（图片来源：钱璐璐教授课题组 / 加州理工学院）

“为了让其他对平面 DNA 纳米结构感兴趣的研究者能快速用上我们的技术，我们开发了一款在线软件工具，能把用户喜欢的图片直接转化为 DNA 链，并提供实验方法，”钱璐璐教授说道：“这一方法能直接被机器人读取，自动混合 DNA 链。我们不用费太多力气，就能让 DNA 自我组装成我们想要的纳米结构。”