前情提要：在本文上半部分《變化萬千的DNA 折紙(上)》中，我們了解了什么是DNA折紙，如何用DNA折紙形成不同的圖案，以及研究DNA折紙的意義。

在下半部分中，我們將進一步了解科學(xué)家們利用DNA折紙的一些奇思妙想。

讓DNA 折紙動起來

還有很多科學(xué)家們不滿足于通過DNA 折紙實現(xiàn)靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，而是希望這些“小精靈”動起來，按照人類的指令來完成任務(wù)，實現(xiàn)納米尺度下的機器人。

例如前面提到的錢博士的團隊就巧妙利用了互補的堿基序列能夠形成雙螺旋的原理，構(gòu)建了一個納米尺度下的傳送系統(tǒng)。

這個系統(tǒng)包括兩個部分：一個是充當機器人的單鏈DNA 分子。這個機器人有兩只“腳”和一條“腿”。

當然，所謂腳和腿，不過是這個DNA 分子的某些區(qū)域而已。

另一個部分是通過DNA 折紙形成的平臺，平臺的特定位置會伸出一些單鏈的DNA 片段作為“軌道”，這些軌道由“腳*”和“腿*”兩個區(qū)域組成，其序列分別與機器人“腳”和“腿”區(qū)域的堿基序列互補。

因此，當這個機器人來到平臺上時，就會通過形成雙螺旋與某個軌道結(jié)合。但這個機器人還有另外一只“腳”閑著，可以被別的軌道“引誘”。

因此，經(jīng)過一段時間后，這個機器人就可能與之前結(jié)合的軌道脫離開，轉(zhuǎn)而與另一個軌道結(jié)合。

通過重復(fù)這一過程，這個機器人就能夠在這些軌道之間隨機行走（下圖1）。

怎么樣，是不是很有趣？

通過DNA 折紙構(gòu)建的納米尺度下的傳送系統(tǒng)。1. 機器人在平臺上隨機行走；2. 機器人拾起貨物；3. 機器人將貨物運送到目標。

更有趣的還在后面。

他們將這個單鏈DNA分子延長，給機器人加上“胳膊”和“手”。

與此同時，平臺上出現(xiàn)了“貨物”—連接了一小段DNA的某個分子。

這段DNA 包含“手*”和“胳膊*”兩個區(qū)域。從前面的命名規(guī)則不難看出，這些區(qū)域的堿基序列分別與“手”和“胳膊”中的序列互補。

于是，當游走在各個軌道之間的機器人遇到貨物時，就會毫不猶豫地將其拾起（上圖2)。

接下來，他們在貨物上加入了一個名為“貨倉”的區(qū)域，于是，帶著貨物的機器人就可能遇到“目標”：另外一個單鏈DNA 分子，其中包含了“手”“胳膊”和“貨倉*”三個區(qū)域，其中“貨倉*”與“貨倉”的堿基互補。

不難看出，與機器人一樣，“目標”也與貨物形成雙螺旋，而且形成的雙螺旋更長，這意味著它與貨物的結(jié)合能力要強于機器人。

于是，目標會迫使機器人把貨物卸下，交給自己（上圖3)。你看，通過這樣一個巧妙的設(shè)計，我們就成功地讓DNA 分子充當了搬運工的角色。

如果說這項研究還只是證明了基于DNA 折紙的機器人具有可行性的話，在2018 年的一項研究中，來自我國國家納米科學(xué)中心和美國亞利桑那州立大學(xué)的研究人員則將其向?qū)嶋H應(yīng)用推進了一大步—嘗試用其治療癌癥。

人體內(nèi)有一種名為“凝血酶”的酶，顧名思義，它在血液凝集過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

如果用凝血酶把癌組織的血管堵住，不就可以讓癌細胞失去氧氣和營養(yǎng)供應(yīng)而死亡嗎？

這個想法很有趣，但問題在于，怎樣保證凝血酶只作用于癌組織中的血管，而不會給正常的血管添亂呢？

科學(xué)家們想到了DNA 折紙。他們首先通過DNA 折紙建造出一個長寬均為幾十納米的平板，再將凝血酶連接到平板上。

隨后，他們加入一個由兩個DNA 分子做成的“緊固件”。

這兩個DNA 分子一端的堿基序列互補，已經(jīng)形成雙螺旋，另外一端堿基序列分別和DNA 平板結(jié)構(gòu)邊緣處的某些序列互補，能夠與之形成雙螺旋。

因此，當二者相遇時，“緊固件”就會將原本的平板結(jié)構(gòu)卷成一個圓筒，正好將凝血酶包在圓筒內(nèi)部。

最后，科學(xué)家們又在圓筒的四周額外添加一些DNA 片段作為機器人的“定位系統(tǒng)”。

利用DNA 折紙構(gòu)建的納米機器人有望治療癌癥。1. 工作原理：I 長鏈DNA 與短鏈DNA 通過DNA 折紙形成平板結(jié)構(gòu)；II 將凝血酶連接到平板結(jié)構(gòu)的表面；III 添加“緊固件”，將平板卷成圓筒；IV 在腫瘤組織的血管內(nèi)，“緊固件”與核仁素作用，圓筒重新變成平板，釋放出凝血酶。2. 原子力顯微鏡下的處于關(guān)閉和打開狀態(tài)下的納米機器人，其中圓圈內(nèi)為連接在DNA 折紙上的凝血酶（比例尺為100 納米）。

當這樣的一個個圓筒進入體內(nèi)后，在正常的血管中不會引起任何反應(yīng)。

然而，當它進入癌組織的血管中時，情況就不一樣了。

癌組織的血管內(nèi)皮細胞表面大量存在一種名為核仁素的蛋白質(zhì)，能夠與圓筒中的“定位系統(tǒng)”和“緊固件”發(fā)生相互作用，使得“緊固件”松脫，圓筒重新舒展成一個平板，將包裹在其中的凝血酶暴露出來，從而導(dǎo)致血液凝固，令癌細胞喪失獲取氧氣和營養(yǎng)的供應(yīng)而死亡。

動物實驗表明，這種DNA 折紙結(jié)構(gòu)能夠顯著延長患癌小鼠的存活時間。如果這種DNA 納米機器人能夠應(yīng)用于臨床的話，必將為人類征服癌癥提供有力的武器。

以上只是簡單介紹了兩個DNA折紙機器人的例子。在過去的十幾年間，DNA 折紙領(lǐng)域可謂高手云集，像這樣天馬行空的精彩研究屢見不鮮。

但同其他新技術(shù)一樣，DNA 折紙要想真正進入應(yīng)用，仍然有許多問題需要克服。

與此同時，DNA 折紙的競爭對手—其他能夠用于加工納米尺度結(jié)構(gòu)的方法也沒有停止創(chuàng)新的步伐。

在進軍納米技術(shù)的道路中，誰也不甘落后。

DNA 折紙能否在激烈的角逐中脫穎而出，讓我們拭目以待吧。

-完-

（原載《科學(xué)世界》2018年第12期。圖中插圖均引自相關(guān)論文）