（德國斯圖加特） 咱們都知道DNA是生命的基本藍(lán)圖，決定了我們長什么樣、有什么樣的遺傳信息。但你有沒有想過，這種微小的分子，有一天也能像搭樂高積木一樣，被科學(xué)家們“折疊”成各種復(fù)雜的形狀，然后用來控制我們身邊那些看不見摸不著的東西，比如光、聲音，甚至更基礎(chǔ)的物質(zhì)特性？這聽起來就像科幻電影里的情節(jié)，但現(xiàn)在，德國的科學(xué)家們真的做到了！他們用DNA創(chuàng)造出了一種叫做“莫爾超晶格”的精妙結(jié)構(gòu)，而且能以前所未有的精準(zhǔn)度去控制它們！這項(xiàng)突破，簡直是在改寫我們對(duì)光、聲和物質(zhì)的理解和操縱規(guī)則！

這項(xiàng)震驚科學(xué)界的研究，最近登上了全球頂尖的科學(xué)雜志《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）。它不僅僅是實(shí)驗(yàn)室里的一個(gè)漂亮實(shí)驗(yàn)，更預(yù)示著我們即將進(jìn)入一個(gè)全新的科技時(shí)代，未來的光學(xué)設(shè)備、量子材料、甚至各種傳感器，都可能因此發(fā)生翻天覆地的變化。

我們平時(shí)說的“DNA折紙”（DNA origami），就是一種把長長的DNA鏈，通過一些短的“訂書針”一樣的DNA片段，折疊成各種預(yù)設(shè)的二維或三維形狀的技術(shù)。這就像用一張紙折出千紙鶴一樣，只不過這里折的是只有納米（比頭發(fā)絲還細(xì)幾萬倍）大小的微觀結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)之所以能實(shí)現(xiàn)，是因?yàn)镈NA分子里有四種基本單位（A、T、C、G），它們總是兩兩配對(duì)（A對(duì)T，C對(duì)G）?？茖W(xué)家們就是利用這種精準(zhǔn)的配對(duì)規(guī)則，來“設(shè)計(jì)”DNA的折疊路徑，讓它能自動(dòng)組裝成想要的形狀。過去，DNA折紙主要用來制造一些微型生物傳感器或者藥物輸送裝置，但這次，德國斯圖加特的研究團(tuán)隊(duì)玩出了新高度，他們用DNA來構(gòu)建更復(fù)雜、更精密的“超晶格”結(jié)構(gòu)。

想象一下，如果你把兩張有規(guī)律圖案的透明膜疊在一起，稍微轉(zhuǎn)動(dòng)一下，你就會(huì)看到一些新的、更大范圍的重復(fù)圖案，這就是所謂的“莫爾圖案”。而科學(xué)家們這次做的，就是在納米尺度上，用DNA來“堆疊”出這種“莫爾超晶格”。他們厲害的地方在于，他們不是簡單地把DNA折紙結(jié)構(gòu)堆起來，而是直接把這些“超晶格”的幾何參數(shù)——比如旋轉(zhuǎn)角度、晶格間距和晶格對(duì)稱性——直接“編程”到DNA分子的設(shè)計(jì)里！也就是說，他們?cè)谝婚_始設(shè)計(jì)DNA“折紙模具”的時(shí)候，就已經(jīng)把未來這些納米結(jié)構(gòu)的“扭曲角度”和“幾何圖案”都提前設(shè)定好了。

這項(xiàng)技術(shù)最神奇的地方在于，這些由DNA構(gòu)建的晶格，可以在溶液中自己組裝起來，根本不需要科學(xué)家們手動(dòng)去一層一層地堆疊！這就大大簡化了制造過程，而且能保證結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)度。通過這種巧妙的“混合策略”，研究人員成功地構(gòu)建出了微米級(jí)別（比毫米還小1000倍）的超晶格，它們的最小單元尺寸竟然只有2.2納米，而且還可以隨意調(diào)節(jié)扭曲角度，形成各種不同的晶格對(duì)稱性，比如正方形、六邊形、蜂窩狀等等，簡直是納米世界的“樂高大師”！

這些在電子顯微鏡下看到的超晶格，果然呈現(xiàn)出非常清晰的莫爾圖案，而且它們實(shí)際的扭曲角度，跟科學(xué)家們?cè)贒NA設(shè)計(jì)里預(yù)設(shè)的完全一樣！這證明了他們對(duì)納米結(jié)構(gòu)的控制能力達(dá)到了前所未有的高度。這個(gè)研究的共同作者，馬克斯·普朗克固體研究所的彼得·范·阿肯教授就說：“這些超晶格在透射電子顯微鏡下，清晰地展現(xiàn)出莫爾圖案，而且觀察到的扭曲角度和DNA折紙種子中編碼的角度非常吻合?！?/p>

這項(xiàng)技術(shù)的影響有多大呢？簡直是超乎想象！

首先，它能改寫光和聲音的規(guī)則。因?yàn)檫@些DNA構(gòu)建的超晶格，擁有非常精確的周期性結(jié)構(gòu)。科學(xué)家們可以通過控制這些結(jié)構(gòu)的周期性，來**“引導(dǎo)”光線或聲音沿著特定的軌跡前進(jìn)**，就像給光和聲音設(shè)計(jì)“高速公路”一樣！這意味著未來我們可能會(huì)有更高效的光學(xué)設(shè)備，比如能夠精確控制光線方向的透鏡、能夠收集更多太陽能的電池板，甚至能制造出新的聲學(xué)器件，讓聲音傳播變得更可控。

其次，它在量子材料和量子計(jì)算方面也有巨大的潛力。DNA本身就被發(fā)現(xiàn)能充當(dāng)一種“自旋過濾器”，可以對(duì)電子的自旋方向進(jìn)行選擇。而現(xiàn)在，有了這些精確有序、具有明確莫爾對(duì)稱性的超晶格，它們就可以成為一個(gè)絕佳的平臺(tái)，來研究那些在納米尺度上發(fā)生的“拓?fù)渥孕斶\(yùn)現(xiàn)象”。這些聽起來很深?yuàn)W的物理現(xiàn)象，是理解和開發(fā)未來量子計(jì)算機(jī)、量子材料的關(guān)鍵。簡單來說，就是用DNA來構(gòu)建一個(gè)微觀的“量子實(shí)驗(yàn)室”，來探索更深層次的物質(zhì)規(guī)律。這可不是簡單地模仿量子材料，而是在創(chuàng)造一種全新的可編程平臺(tái)，來探索更高級(jí)的量子現(xiàn)象。

這項(xiàng)由勞拉·娜·劉教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)取得的突破，標(biāo)志著DNA不再只是遺傳信息的載體，它更成為了一種強(qiáng)大的“分子建筑師”。它讓我們能夠以原子級(jí)的精度來制造和控制復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)又能反過來影響光、聲和物質(zhì)在納米層面的行為。

未來，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)給我們的生活帶來很多改變。比如，我們可以制造出更小、更強(qiáng)大、更節(jié)能的各種光學(xué)器件，讓手機(jī)攝像頭更清晰、屏幕顯示更逼真。它也能用于開發(fā)新型傳感器，能夠更靈敏地探測(cè)到環(huán)境中的微小變化，或者在醫(yī)療領(lǐng)域進(jìn)行更精準(zhǔn)的診斷。在信息存儲(chǔ)方面，這種超高精度的結(jié)構(gòu)有望制造出容量更大、讀取速度更快的存儲(chǔ)設(shè)備。更激動(dòng)人心的是，它可能成為連接宏觀世界與微觀量子世界的橋梁，加速量子計(jì)算和量子材料的研發(fā)進(jìn)程。雖然從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用還有一段路要走，但這項(xiàng)研究無疑已經(jīng)為未來的科技發(fā)展點(diǎn)亮了指路明燈，讓我們對(duì)用DNA來“編寫”物質(zhì)世界的規(guī)則充滿了無限遐想。

參考資料：DOI：1038.41565/s025-01976-3-<>