DNA是從活自然界里最讓人驚嘆的分子了，它的體電微觀結構可以攜帶構造地球上幾乎所有生命形式所需指令。如今科學家們正在尋找將DNA應用于更廣闊領域的腦到納米方法，不僅要用它來儲存信息，機器僅基還要用它來制造大量生物機械中的不僅組件。

 脫氧核糖核苷酸（Deoxyribonucleic acid）或者說“DNA”，從活攜帶著我們人類乃至所有生命有機體實現功能的體電基因信息。它通常以著名的腦到納米雙螺旋結構出現，由兩個單股DNA分子折疊而成。機器僅基每一個DNA分子都由排列的不僅四種分子組成：腺嘌呤（Adenine，縮寫A）、從活胞嘧啶（Cytosine，體電C）、腦到納米鳥嘌呤（Guanine，機器僅基G）與胸腺嘧啶（Thymine，不僅T）。

 不同的基因由這些構件以不同排列組成，這些構件在單個DNA上的排列正是編碼的基因信息。但通過精確構造不同的A、G、T、C、序列，科學家們已經能將DNA折疊成不同的形狀，像折紙一樣，而不僅僅是通常的雙螺旋形。

 這項技術拓展了新的可能，使用DNA不僅僅是出于基因和生物上的目的，還能把它轉化成直徑僅有十億分之一米（納米）的樂高那樣的構建材料。以DNA為基礎的材料已經被用在很多方面了，從電子納米設備的模板到對患病細胞精確投藥。

基于DNA的納米溫度計

 納米大小的電子設備應用前景一片大好，但它也使得找出電路故障變得更加困難。為了解決這個問題，蒙特利爾大學的研究者們用DNA制作了納米尺度的超敏溫度計。這種溫度計可以發現納米設備上非常小的熱區（這可能是故障處），也可以用來探測活細胞內的溫度。

這種納米溫度計由作用跟開關一樣的數圈DNA組成，它們通過自身折疊和展開來對溫度變化作出響應，這些變化會被DNA附帶的光學探針探測到。目前研究者們希望納米溫度計能成為更大的DNA設備的一部分，以便在人體內部發揮作用。

生物納米機器人

 哈佛醫學院的研究者們已經用DNA設計制造了一個納米大小的機器人，它能準確識別細胞，作為藥物的運載工具使用。這種納米機器人由DNA組成半圓筒的樣子，兩個半圓筒由特殊的DNA手柄組成的鉸鏈連接。這些手柄可以識別細胞表面的特殊蛋白，包括產生病變的細胞。

 當機器人與正確的細胞接觸時，它會打開自己的容器向細胞輸送運載物。應用到健康細胞與癌細胞混雜的人類血細胞中，這些機器人展現了它們的識別能力，在沒有損害健康細胞的情況下殺死了半數癌細胞。

DNA圓筒。

活體動物中的生物電腦

 由于DNA結構可以像開關那樣從一個狀態轉到另一個狀態再回來， 人們可以用它來進行邏輯運算，這使得制造電子計算器成為可能。哈佛和以色列巴伊蘭大學的研究者們用這個原理來制作可以相互配合的不同納米機器人，這些機器人通過DNA開關來產生或響應不同信號。

另外，科學家們還將這些機器人植入動物體內，比如蟑螂。這使得他們有了全新的生物計算機，可以通過或禁止結構中的元素來控制蟑螂體內的治療分子的運輸。這一系列的納米機器人將在不久后取代人類進行生物治療。

光感觸須

 當我們制造微小的機械時，DNA可以為我們提供在納米刻度克隆自然過程的方法。比如說，大自然可以捕獲太陽的能量再通過光合作用將光能轉換成化學能。在植物和其他有機體（以及吃它們的動物）中，化學能就像是它們體內的燃料。亞利桑那州立大學和英屬哥倫比亞大學的研究者們已經構建了一種可以捕獲和轉換光能的三臂DNA結構來模擬這個過程。

 光合作用在活有機體內的出現得益于大量分布于特定位置有特定距離的色素分子構成的極小觸須。這種人造的以DNA為基礎的結構表現得像觸須一樣，控制那些特殊的色素分子的位置，這些色素分子能吸收光能并將其運到反應中心以便將光能轉換成化學能。這份工作會為我們提升設備能力廓清道路。它能讓我們更有效地利用人類能處理的儲量最豐富的資源：太陽能。

那么，DNA納米技術接下來會往什么方向發展呢？這很難猜測。但可以想到的是，在DNA的幫助下，大自然能夠為我們提供多種多樣的工具。現在我們需要做的就是好好地利用它們了。

本文觀點僅代表作者，不代表《科學美國人》。

翻譯：葉紫微  審校：李昱

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