纳米艺术家

颜颢 亚利桑那州立大学分子设计与仿生学生物设计研究所主任

从去年下半年开始，颜颢除了亚利桑那州立大学分子设计与仿生学生物设计研究所主任之外，又多了个Nanobot Biosciences联合创始人的身份，但实际上这两个身份都与他的新“召唤物”有关联。

这种大小只有寻常人头发宽度千分之一的纳米机器人“召唤物”，则最早起源于他2011年4月份发表于《自然》杂志的一篇封面文章上，但最大的意外是开启他一系列成功的来源，颜颢在多年前的一次采访中说：“这些成果的灵感都来自自然界中的艺术美”。

要理解艺术美如何一步步造就了足以帮助颜颢饿死恶性肿瘤的纳米机器人，就得先从DNA折叠技术说起。

DNA折叠技术是由加州理工学院的计算机科学家Paul W.K. Rothemund 于2006年在纽约大学Ned Seeman 教授结构DNA纳米技术的概念基础上的一个创新，这项技术基于DNA四个互补碱基的自组装特性，由许多条短的单链DNA把一条几千个碱基长的长链DNA折叠成设计的形状。

传统的DNA折叠制造出来的常常是二维的形状和一些简单的三维结构。这些形状设计的共同特点是利用双链DNA短片段平行排列来填满想得到的多边形结构。这样的结构的表面可以看成是由很多矩形像素（rectangular pixels）组成。但是在3D表面上修改细微的曲率是一项艰巨的任务，并不容易做到，于是来自哈佛医学院的William Shih研究组就在3D刚性点阵模型（rigid lattice model) 结构中的一些片段上通过靶向插入和碱基对删除来获得所需的曲率。

但颜颢希望摆脱刚性点阵模型，从而只需通过支架结构定义出某种目标物体要求的表面特征，但这“迫使”研发出能调节出任意曲率，构建任意三维结构的方法。

为了完成这些设计，颜颢的博士研究生韩东燃最先着手的是简单的二维同心环结构，其中每个环都由一个DNA双螺旋组成，同心环由一些交叉点连接在一起，双螺旋结构上也有能切换到相邻环上的结构，这有助于连接同心螺旋之间的空隙。

“我们获得了不同的这样的二维结构，包括一个开放的9层的同心环，以及一个三点星状结构”，颜颢接着把交叉连接点网络用同样的方法设计成包含平面内和平面外曲率的结构，从而能完成弯曲三维纳米结构，但是这种方法会出现大量的可变性，“通过实验我们发现如果比这种扭曲稍高，或者稍低，就能获得不同的弯曲角度。”

“自然界中具有精巧表面曲率（surface curvature）的复杂三维结构”，来自自然界的灵感促使颜颢将构建同心环结构的方法，与非B型构型DNA（9-12base pairs/turn）结合，由此获得了许多精巧的结构，比如球体、半球体、椭圆壳形以及一个纳米花瓶——正是2011年Science杂志封面图的构造。

也正是颜颢2011年开启的突破，又历经多年将不同半径的DNA链折叠成不同的三维结构的实践，才有了通过将DNA折叠成三维性状形成自主的分子水平的机器人，而这些不会损害健康细胞的小卫士有望在不久的未来，通过血液直达体内癌症发源地，直接饿死肿瘤。