李江 樊春海

要是把自然界生命的基因組比作一本百科全書(shū)，DNA就是大自然印制這本書(shū)所用的“紙張”，而隨著DNA納米技術(shù)的開(kāi)創(chuàng)，DNA又成了科學(xué)家們用來(lái)制作DNA納米結(jié)構(gòu)這種“紙手工”的材料。如今，我們能夠想象的各種幾何形態(tài)，從一維的納米線(xiàn)到二維的平面圖形再到復(fù)雜的三維幾何體，幾乎都以DNA分子為材料得到了實(shí)現(xiàn)。

1953年，美國(guó)科學(xué)家沃森（J.D.Watson）與克里克（F.H.C.Crick）運(yùn)用X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)對(duì)脫氧核糖核酸（DNA）分子的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，使人類(lèi)進(jìn)一步理解了DNA作為遺傳信息載體的角色。

DNA由兩條脫氧核糖核苷酸的多聚長(zhǎng)鏈組成。作為DNA基本結(jié)構(gòu)單位的每個(gè)脫氧核糖核苷酸，包含脫氧核糖、磷酸與堿基各一份。堿基有4種類(lèi)型，即腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鳥(niǎo)嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。DNA分子以單核苷酸鏈（簡(jiǎn)稱(chēng)“DNA單鏈”）形式存在時(shí)是“柔性”的，容易扭曲與折疊；但是堿基A與T、C與C可以配對(duì)形成氫鍵，DNA的一條單鏈與堿基序列可逐一配對(duì)的另一條單鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)在一定范圍內(nèi)有很強(qiáng)的“剛性”。在生物體內(nèi)，DNA分子會(huì)在合適體液與正常體溫條件下，通過(guò)酶催化完成雙鏈解螺旋、堿基配對(duì)及新雙鏈形成的自我復(fù)制過(guò)程。

在生命科學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家圍繞DNA如何攜帶、復(fù)制與傳遞遺傳信息進(jìn)行了大量研究，生命科學(xué)進(jìn)入了分子生物學(xué)研究的時(shí)代。到1980年代，美國(guó)紐約大學(xué)的西曼（N.Seeman）教授又開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)叫做“DNA納米技術(shù)”的全新領(lǐng)域，把研究視角轉(zhuǎn)向利用DNA獨(dú)有的分子特性來(lái)構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)材料，以滿(mǎn)足生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的特殊技術(shù)需求。

DNA納米技術(shù)的原理

DNA分子是怎樣被用作納米世界建筑材料的呢？打個(gè)比方，我們?cè)诤暧^世界所采用的建筑材料通常可分為柔性材料（如鋼筋）和剛性材料（如磚塊），前者決定結(jié)構(gòu)的靈活性，后者決定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，兩者結(jié)合可以產(chǎn)生形態(tài)各異而又穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)。類(lèi)似地，可以利用DNA單鏈的“柔性”與雙鏈的“剛性”，通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)使單雙鏈結(jié)合、剛?cè)嵯酀?jì)，構(gòu)造出各種不同的幾何結(jié)構(gòu)。制作DNA納米結(jié)構(gòu)時(shí)，首先要有正確的序列設(shè)計(jì)，然后讓DNA分子在合適的溶液條件下由分子間或分子內(nèi)部的雜交反應(yīng)自發(fā)組裝形成DNA納米結(jié)構(gòu)。這個(gè)過(guò)程不需要人工雕琢（即自上而下的加工），也不需要復(fù)雜的設(shè)備（通常只需一定的溫度控制），被稱(chēng)為“自下而上的自組裝”。

相對(duì)于結(jié)構(gòu)的組裝而言，如何確認(rèn)所得到的結(jié)構(gòu)更有難度一些。納米尺度（10¹⁷-10¹⁹米）的世界靠傳統(tǒng)的光學(xué)顯微成像技術(shù)是難以觸及的，最初用來(lái)發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)間接而繁瑣，且有賴(lài)于高質(zhì)量DNA晶體的獲得。隨著電子顯微鏡（electronic microscopy，EM）和原子力顯微鏡（atomic force microscopy，AFM）等成像技術(shù)的發(fā)展與成熟，人們突破了傳統(tǒng)光學(xué)成像方法的限制，實(shí)現(xiàn)了單分子級(jí)別甚至原子級(jí)別的分辨率，能夠更直觀地觀察納米尺度的DNA分子在溶液狀態(tài)下的自然形態(tài)?？v觀DNA納米技術(shù)的發(fā)展史，那些關(guān)鍵的進(jìn)展、新奇的結(jié)構(gòu)，幾乎都是通過(guò)電子顯微鏡和原子力顯微鏡呈現(xiàn)的。

DNA納米結(jié)構(gòu)的演化

在DNA納米技術(shù)的早期，以西曼教授為首的科學(xué)家們讓幾條DNA單鏈相互結(jié)合，做成了多種具有剛性的基本幾何結(jié)構(gòu)，例如Y形、X形和多種多面體框架結(jié)構(gòu)，它們的尺寸通常在幾納米到幾十納米。然后，以這些結(jié)構(gòu)（或稱(chēng)作“瓦片”）為基本單元，利用它們彼此間的DNA序列互補(bǔ)配對(duì)將它們連接起來(lái)，就可做成更大尺度（微米級(jí)別）的周期性重復(fù)結(jié)構(gòu)。依靠此方式，研究者甚至可以得到宏觀尺度上（毫米級(jí)別）類(lèi)似于凝膠和晶體的材料。用這類(lèi)組裝方法獲得的結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為“基于‘瓦片的DNA 納米結(jié)構(gòu)”（tile-based DNA nanostructures）。然而這類(lèi)結(jié)構(gòu)有其局限性：它們是利用重復(fù)單元自發(fā)生長(zhǎng)得到的結(jié)果，難以準(zhǔn)確控制其尺寸和外形。為此，哈佛醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種類(lèi)似于樂(lè)高積木的DNA結(jié)構(gòu)拼裝方法。此法不再使用重復(fù)的“瓦片”單元，而是將序列各不相同的許多DNA分子當(dāng)成每一塊都與眾不同的“積木”，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的方式拼裝成尺寸與外形精確可控的結(jié)構(gòu)。利用這種方法，他們搭出了一整套包含全部ASCII碼的納米三維字符。

另外一大類(lèi)構(gòu)建DNA納米結(jié)構(gòu)的方法稱(chēng)為“DNA折紙術(shù)”（DNA origami）。該技術(shù)稱(chēng)得上是DNA納米技術(shù)的重要里程碑，它由美國(guó)加州理工學(xué)院羅思蒙德（P.Rothemund）在2005年報(bào)道。其原理是利用經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的許多短單鏈DNA與一條長(zhǎng)達(dá)七千多個(gè)堿基的噬菌體基因組DNA鏈雜交，在雜交過(guò)程中前者會(huì)像“訂書(shū)釘”一樣幫助后者折疊成預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀，所以這種方法被比喻為“折紙術(shù)”。利用研究者開(kāi)發(fā)的電腦設(shè)計(jì)軟件，以此法能更容易地設(shè)計(jì)與制作尺寸在100納米左右的納米結(jié)構(gòu)，其外形更容易控制，通過(guò)自組裝獲得正確結(jié)構(gòu)的效率也更高。

跟基于“瓦片”的結(jié)構(gòu)相比，DNA折紙術(shù)從一開(kāi)始就展現(xiàn)出更強(qiáng)大的造型能力。例如，上海交通大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所的研究者用DNA折紙術(shù)制作了一幅納米尺度的中國(guó)地圖。在這樣微小的地圖中，就連與大陸隔海相望的臺(tái)灣島都清晰可見(jiàn)。納米地圖的實(shí)現(xiàn)表明，我們有能力利用DNA分子精確定制有著復(fù)雜輪廓的不對(duì)稱(chēng)圖形。近年來(lái)，科學(xué)家用DNA折紙術(shù)構(gòu)建復(fù)雜三維圖形的能力更是令人嘆為觀止。早期的三維折紙類(lèi)似于用木板拼裝的家具，是利用“平面折紙結(jié)構(gòu)”拼接而成的，通過(guò)這樣的方法可以制作像盒子那樣的空心三維結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部能容納其他分子，甚至還能打開(kāi)“盒蓋”。此后，研究者更是制作了各種帶曲面的有趣而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括橄欖形、花瓶形甚至像“默比烏斯環(huán)”這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最近，瑞典的科學(xué)家還模仿計(jì)算機(jī)三維圖形制作中常用的多面體網(wǎng)格建模方法來(lái)構(gòu)建DNA三維結(jié)構(gòu)。這樣，理論上任意的不規(guī)則三維模型都可以通過(guò)DNA折紙來(lái)實(shí)現(xiàn)。

除了靜態(tài)結(jié)構(gòu)以外，可活動(dòng)的DNA納米結(jié)構(gòu)也是科學(xué)家感興趣的一大方向，這樣的結(jié)構(gòu)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)“納米機(jī)器人”的運(yùn)動(dòng)能力。其實(shí)，活細(xì)胞內(nèi)部天然就具備由蛋白質(zhì)等大分子構(gòu)成的各種納米機(jī)器，它們是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。例如，細(xì)胞內(nèi)的肌動(dòng)蛋白可以依靠ATP水解能量在細(xì)胞骨架上“行走”，像搬運(yùn)工一樣把物質(zhì)運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)的不同位置。受此啟發(fā)，研究者制作了能在特定DNA軌道上行走的DNA納米小人，它們行走所需能量是由DNA互補(bǔ)雜交的一系列熱動(dòng)力學(xué)效應(yīng)提供的，可以實(shí)現(xiàn)納米尺度下的物質(zhì)輸送。此外，還構(gòu)建出多種可針對(duì)環(huán)境變化（如酸堿度、溫度、鹽濃度等條件的變化）作出相應(yīng)結(jié)構(gòu)改變的動(dòng)態(tài)DNA納米結(jié)構(gòu)，以及可在一定條件下自我復(fù)制的結(jié)構(gòu)。這些令人目不暇接的進(jìn)展，為構(gòu)建基于DNA的智能納米機(jī)器人打下了基礎(chǔ)。

DNA生物傳感器

由于精確的可定制性，DNA納米結(jié)構(gòu)在生物傳感器領(lǐng)域展現(xiàn)了很好的應(yīng)用前景。生物傳感器能檢測(cè)病人生理樣本中的病原微生物、腫瘤標(biāo)志物、基因變異等各種疾病相關(guān)指標(biāo)，其原理是將發(fā)生在傳感器電極上的生化反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以便利用像智能手機(jī)這樣的便攜電子設(shè)備來(lái)快速處理檢測(cè)數(shù)據(jù)和呈現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果。DNA納米結(jié)構(gòu)的材料很容易做成傳感器陣列，即生物傳感芯片，實(shí)現(xiàn)高通量、多目標(biāo)檢測(cè)。一般而言，電化學(xué)傳感器對(duì)于簡(jiǎn)易家庭診斷、疾病早期快速篩查以及缺乏大型設(shè)備的基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)的診斷服務(wù)，都有極高應(yīng)用價(jià)值。在傳統(tǒng)的電化學(xué)生物傳感器中，被固定于電極（通常是金、石墨等導(dǎo)電材料）表面的分子探針（通常是單鏈DNA探針、抗體等）被用于捕捉檢測(cè)樣本中的目標(biāo)分子，并將這種分子的識(shí)別信號(hào)轉(zhuǎn)換成電化學(xué)信號(hào)?？墒窃谖⒂^尺度下，看似平整的電極表面其實(shí)充滿(mǎn)缺陷，分子探針在電極表面的排布密度和取向通常是難以控制的，這會(huì)嚴(yán)重影響傳感器的靈敏度和特異性等。為了攻克以上難關(guān)，上海應(yīng)用物理研究所的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一系列基于DNA四面體的電化學(xué)傳感器。四面體是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單而又穩(wěn)定的三維多面體，可借以將分子探針有序組裝在電極表面，猶如在電極表面支起微型的“三腳架”，讓探針?lè)肿佑懈€(wěn)定的朝向，同時(shí)在電極表面的密度也更為精確可控，從而明顯提升傳感器的檢測(cè)性能。

DNA可視化芯片

DNA納米結(jié)構(gòu)尤其DNA折紙的另外一大優(yōu)點(diǎn)是，在由DNA鏈折疊產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上，每個(gè)局部的DNA序列都是特定的，就好像是對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的地址索引，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)具有“可尋址性”。利用此性質(zhì)，可以在DNA納米結(jié)構(gòu)上指定的位置修飾其他的分子，比如蛋白質(zhì)分子或金屬納米粒子，控制這些分子在DNA納米結(jié)構(gòu)中的位置關(guān)系，將它們排布成特定圖案。甚至可以把DNA折紙結(jié)構(gòu)當(dāng)作納米尺度的“液晶顯示屏”，利用其他分子在其上的排布來(lái)顯示字母或數(shù)字圖案。這樣的結(jié)構(gòu)就成了一個(gè)信號(hào)輸出設(shè)備，借助原子力顯微鏡成像，分子水平的化學(xué)反應(yīng)結(jié)果即可通過(guò)“納米顯示屏”直觀地呈現(xiàn)于我們眼前。這就是所謂“可視化納米芯片”技術(shù)。利用這種DNA芯片，科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了對(duì)單核苷酸多態(tài)性的分析，就是說(shuō)，目標(biāo)DNA序列上某個(gè)位點(diǎn)發(fā)生的單個(gè)堿基變異，能夠用這種方法顯示出來(lái)，不但告訴我們某個(gè)位點(diǎn)是否有變異，還可以直接用納米尺度的字母顯示，發(fā)生變異的是ATGC中的哪個(gè)堿基。

基于DNA納米結(jié)構(gòu)的藥物載體

藥物遞送是傳統(tǒng)藥物治療的一大難題。以腫瘤治療當(dāng)中常見(jiàn)的阿霉素、順鉑等小分子藥物為例，目前常見(jiàn)的化學(xué)治療小分子藥物的作用機(jī)理，決定了它們難以區(qū)分腫瘤細(xì)胞和正常增殖的細(xì)胞，因此它們普遍有很高的毒副作用，不但對(duì)健康細(xì)胞造成大量損傷，還容易讓腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性而降低治療效果。對(duì)于生物學(xué)家而言，嘗試以DNA作為藥物遞送材料有很多顯而易見(jiàn)的好處。首先，與其他被嘗試用作藥物載體的常見(jiàn)金屬納米材料和聚合物材料相比，DNA自身對(duì)人體無(wú)毒性。人們的日常飲食里面就含有大量來(lái)自其他動(dòng)植物的DNA，這些外源DNA在人體內(nèi)最終被降解和重新吸收利用，不會(huì)對(duì)人自身的基因產(chǎn)生影響。其次，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，DNA分子被折疊成致密且具一定剛性的納米結(jié)構(gòu)之后，會(huì)變得比線(xiàn)性的單、雙鏈DNA更容易被活細(xì)胞攝取。通常情況下，細(xì)胞膜帶負(fù)電荷，而DNA分子也帶負(fù)電荷，兩者間的靜電斥力使得細(xì)胞不易吸收DNA分子。傳統(tǒng)的生物技術(shù)通常要借助帶有大量正電荷的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)染試劑，才能將DNA分子送入細(xì)胞內(nèi)，但是這些試劑往往具有明顯的細(xì)胞毒性，大大限制了它們?cè)谏镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用；而DNA納米結(jié)構(gòu)能被細(xì)胞主動(dòng)攝取，可能因?yàn)镈NA納米結(jié)構(gòu)與病毒顆粒具有類(lèi)似的形態(tài)。由此，DNA納米結(jié)構(gòu)作為藥物載體就能不借助轉(zhuǎn)染試劑而進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮作用，更加方便和安全。DNA納米結(jié)構(gòu)在生理環(huán)境下還比線(xiàn)性的單、雙鏈DNA更穩(wěn)定，可維持相對(duì)更長(zhǎng)的時(shí)間不被降解，適于用來(lái)保護(hù)藥物分子，在藥物被降解之前將其送達(dá)體內(nèi)的目標(biāo)位點(diǎn)。

例如，研究者用DNA折紙結(jié)構(gòu)裝載抗腫瘤藥物阿霉素分子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DNA折紙結(jié)構(gòu)的存在可以大大增強(qiáng)阿霉素對(duì)耐藥腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。并且由于載體的存在，藥物在動(dòng)物體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間也明顯延長(zhǎng)，有利于降低給藥劑量和減輕毒副作用。除了小分子藥物以外，多種核酸分子（包括DNA和RNA）本身也可作為藥物（如免疫激活核酸、小干擾RNA等）用于免疫治療或基因治療。但是如前所述，它們通常是短小的線(xiàn)性單、雙鏈分子，在體內(nèi)單獨(dú)存在的情況下極易遭到降解，且難以被細(xì)胞有效攝取。筆者所在課題組的研究表明，DNA納米結(jié)構(gòu)可以改善這類(lèi)線(xiàn)性核酸分子在體內(nèi)的穩(wěn)定性和細(xì)胞攝取效率。用核酸載運(yùn)核酸也非常便利，只需將原有載體的部分序列改為有治療功能的序列，或者通過(guò)核酸雜交的方式裝載治療核酸。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家們也開(kāi)發(fā)了一系列基于DNA納米結(jié)構(gòu)的核酸藥物載帶策略。

納米診療機(jī)器人

科學(xué)家進(jìn)而還希望利用DNA納米結(jié)構(gòu)作為體內(nèi)診斷一治療一體化的載體，也即開(kāi)發(fā)納米診療機(jī)器人。這種一體化可通過(guò)靶向給藥和控制釋放來(lái)實(shí)現(xiàn)?！鞍邢颉惫δ芡ǔＪ怯尚揎椧恍┛膳c靶點(diǎn)的特征性受體分子發(fā)生特異結(jié)合的分子來(lái)實(shí)現(xiàn)的?！翱刂漆尫拧笔侵钢挥挟?dāng)?shù)竭_(dá)指定地點(diǎn)或其他某個(gè)條件得到滿(mǎn)足時(shí)，藥物分子才從載體中釋放。這里，載體相當(dāng)于“精確制導(dǎo)武器”，能讓藥物特異性地在目標(biāo)位置高度富集，在提高療效的同時(shí)減少藥物的整體用量，降低藥物對(duì)其他組織的毒副作用。

人體內(nèi)實(shí)際的情形往往極端復(fù)雜，判斷一種疾病常須綜合考量多個(gè)指標(biāo)，因而有必要把藥物載體設(shè)計(jì)得更為“智能”一些——不但要集成診斷功能，還要能夠像真正的醫(yī)生一樣，綜合多項(xiàng)診斷指標(biāo)進(jìn)行分析與判斷。迄今為止，人類(lèi)使用的智能系統(tǒng)的“大腦”仍是基于硅芯片的電子計(jì)算機(jī)，它們對(duì)于在人體內(nèi)的應(yīng)用而言仍受到諸多限制，所以科學(xué)家需要開(kāi)發(fā)與生物體兼容性更好的生物計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。眾所周知，圖靈所設(shè)想的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，從本質(zhì)上講是一個(gè)“輸入信息一處理信息一輸出信息”的系統(tǒng)，而自然界的各種生命體其實(shí)也就是遵循這一原理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如，人體的免疫細(xì)胞會(huì)根據(jù)探測(cè)到的病原物質(zhì)（輸入）作出響應(yīng)，釋放促炎癥因子等物質(zhì)（輸出），引發(fā)一系列免疫反應(yīng)。用DNA來(lái)實(shí)現(xiàn)人工設(shè)計(jì)的生物計(jì)算，可以基本無(wú)障礙地與天然的生命體系對(duì)接，對(duì)科學(xué)家而言是再理想不過(guò)的了。

DNA計(jì)算可通過(guò)DNA邏輯門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。邏輯門(mén)是構(gòu)建計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，所有復(fù)雜的計(jì)算均可經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單邏輯門(mén)的級(jí)聯(lián)來(lái)完成，而單個(gè)邏輯門(mén)可看作一個(gè)最簡(jiǎn)單的“輸入-處理-輸出”系統(tǒng)。邏輯門(mén)處理的信息是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，1表示“肯定”，0表示“否定”。例如，邏輯“與”（AND）門(mén)表示只有當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)都為1時(shí)輸出才為1，邏輯“或”（OR）門(mén)則表示兩個(gè)輸入信號(hào)中只要一個(gè)為l時(shí)輸出即為1。利用DNA分子的特性，科學(xué)家也構(gòu)建了各種基于DNA的邏輯門(mén)，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了基于DNA的“數(shù)字化計(jì)算”。

用DNA納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的智能藥物載體在動(dòng)物體內(nèi)釋放藥物時(shí)，可以借助DNA邏輯門(mén)來(lái)進(jìn)行多條件判定。這方面的代表性工作之一是哈佛醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一種基于DNA邏輯門(mén)的納米機(jī)器人。其主體是一只由DNA折紙制作的匣子，內(nèi)部裝載藥物分子。匣子的開(kāi)口處配有兩把由DNA結(jié)構(gòu)做成的“鎖”，只有當(dāng)環(huán)境中同時(shí)存在與兩把“鎖”分別匹配的指標(biāo)分子（鑰匙）時(shí)，匣子才會(huì)開(kāi)啟，讓內(nèi)部的藥物分子暴露出來(lái)而產(chǎn)生效用；否則，納米匣子就處于閉合狀態(tài)。這就是一種基于“與”門(mén)的條件判定，非常適合應(yīng)用于多指標(biāo)控制的藥物釋放。

展望

迄今為止.DNA納米技術(shù)的發(fā)展稱(chēng)得上是突飛猛進(jìn)。不過(guò)，它要在生物醫(yī)藥領(lǐng)域里真正得到廣泛應(yīng)用，還亟須解決一些“瓶頸”難題。首先，跟其他可以大規(guī)模制備的納米材料相比，利用DNA分子構(gòu)建的納米材料，成本仍然較高。近年來(lái)隨著DNA合成技術(shù)的發(fā)展，DNA商業(yè)合成的成本與價(jià)格正在快速降低，相信在不久的將來(lái)，大規(guī)模商業(yè)化地合成DNA納米結(jié)構(gòu)的成本會(huì)降至醫(yī)療應(yīng)用可以承受的水平。其次，與一些經(jīng)典的藥物載體材料相比，DNA納米材料在動(dòng)物體內(nèi)的穩(wěn)定性和細(xì)胞攝取效率仍相對(duì)較低。因此，研究者們正嘗試對(duì)DNA納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同的修飾。例如，通過(guò)連接聚合物分子或脂質(zhì)分子來(lái)增加DNA納米結(jié)構(gòu)在生理環(huán)境下的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)它們的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間：通過(guò)連接穿膜肽等帶有大量正電荷的分子來(lái)增加細(xì)胞對(duì)DNA納米結(jié)構(gòu)的攝取等。目前已有不少報(bào)道展示了這方面的進(jìn)展。

縱觀當(dāng)今信息技術(shù)與生物技術(shù)的交叉前沿，人們一方面努力把機(jī)器做得像生命一樣，模仿自然生命的行為乃至人類(lèi)的智能——這是仿生學(xué)與人工智能的方向：另一方面則努力把生命做得像機(jī)器一樣，改造天然的生命系統(tǒng)使之精確可控地按照人類(lèi)的指令完成各種任務(wù)——這是合成生物學(xué)的方向。DNA納米技術(shù)在這兩個(gè)方向上都顯示了巨大的潛力，很有希望成為兩者結(jié)合的橋梁。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，DNA納米診療機(jī)器人將一方面模仿天然病毒，高效率地侵染體內(nèi)的目標(biāo)細(xì)胞；另一方面精確執(zhí)行指令，并在允許的范圍內(nèi)自主運(yùn)作，降低傳統(tǒng)醫(yī)療手段的創(chuàng)傷性和毒副作用，避免天然病毒帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。DNA納米技術(shù)作為一門(mén)交叉學(xué)科仍在不斷發(fā)展，從物理化學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域汲取力量。我們有理由相信，它最終會(huì)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域里嶄露頭角并大顯身手。