段金伟

(长安大学 理学院，陕西 西安 710064)

在原子尺度上操纵材料从而实现定制材料性能的可能性是化学和材料科学发展的重要目标之一，然而时至今日这依旧是一个巨大的挑战.在过去的几十年里，科学家们始终在寻找一些具有可控制且模块化性质的材料，希望能够推动纳米结构领域的快速发展.不同于传统的有机和无机材料，DNA具有良好的可寻址性、可控性、以及存在于DNA链之间的弱相互作用，使得DNA被认为是合成纳米材料的理想原材料之一[1-4].传统观点认为DNA仅仅是携带遗传信息的载体，但随着纽约大学N.C.Seeman教授的发现，这一观念彻底被颠覆.N.C.Seeman无意间发现能够利用DNA黏性末端将设计好的分支结构连接起来形成三维目标结构，于是在1991年首次人工合成了一个刚性的DNA立方体[5]，打开了DNA纳米领域的研究大门[6-13].DNA纳米技术是利用Watson-Crick碱基互补配对的特异性和DNA自身的特殊性质，以自组装策略为基础，以构筑二维和三维方向上重复阵列为目标的新颖的分子纳米技术[1,14-15].

自Seeman提出以DNA为原材料合成纳米结构的设想后，科学家们先后开发了一系列帮助进行结构设计的算法和软件[16-23]，优化、改进并提出了多种新的合成方法[7,10,24-29]，并且尝试将DNA纳米结构应用到药物运输、疾病诊断和治疗、荧光成像等领域[30-37].

1 DNA结构设计软件

为了实现精确操作原子,达到合成目标DNA纳米结构的目的，需要根据目标结构来进行结构设计，这个过程不仅需要耗费大量的人力和物力，而……