DNA不只是遗传密码！科学家用它造出“魔法结构”，能操纵光声物

（德国斯图加特） 咱们都知道DNA是生命的基本蓝图，决定了我们长什么样、有什么样的遗传信息。但你有没有想过，这种微小的分子，有一天也能像搭乐高积木一样，被科学家们“折叠”成各种复杂的形状，然后用来控制我们身边那些看不见摸不着的东西，比如光、声音，甚至更基础的物质特性？这听起来就像科幻电影里的情节，但现在，德国的科学家们真的做到了！他们用DNA创造出了一种叫做“莫尔超晶格”的精妙结构，而且能以前所未有的精准度去控制它们！这项突破，简直是在改写我们对光、声和物质的理解和操纵规则！

这项震惊科学界的研究，最近登上了全球顶尖的科学杂志《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）。它不仅仅是实验室里的一个漂亮实验，更预示着我们即将进入一个全新的科技时代，未来的光学设备、量子材料、甚至各种传感器，都可能因此发生翻天覆地的变化。

我们平时说的“DNA折纸”（DNA origami），就是一种把长长的DNA链，通过一些短的“订书针”一样的DNA片段，折叠成各种预设的二维或三维形状的技术。这就像用一张纸折出千纸鹤一样，只不过这里折的是只有纳米（比头发丝还细几万倍）大小的微观结构。这种技术之所以能实现，是因为DNA分子里有四种基本单位（A、T、C、G），它们总是两两配对（A对T，C对G）。科学家们就是利用这种精准的配对规则，来“设计”DNA的折叠路径，让它能自动组装成想要的形状。过去，DNA折纸主要用来制造一些微型生物传感器或者药物输送装置，但这次，德国斯图加特的研究团队玩出了新高度，他们用DNA来构建更复杂、更精密的“超晶格”结构。

想象一下，如果你把两张有规律图案的透明膜叠在一起，稍微转动一下，你就会看到一些新的、更大范围的重复图案，这就是所谓的“莫尔图案”。而科学家们这次做的，就是在纳米尺度上，用DNA来“堆叠”出这种“莫尔超晶格”。他们厉害的地方在于，他们不是简单地把DNA折纸结构堆起来，而是直接把这些“超晶格”的几何参数——比如旋转角度、晶格间距和晶格对称性——直接“编程”到DNA分子的设计里！也就是说，他们在一开始设计DNA“折纸模具”的时候，就已经把未来这些纳米结构的“扭曲角度”和“几何图案”都提前设定好了。

这项技术最神奇的地方在于，这些由DNA构建的晶格，可以在溶液中自己组装起来，根本不需要科学家们手动去一层一层地堆叠！这就大大简化了制造过程，而且能保证结构的精准度。通过这种巧妙的“混合策略”，研究人员成功地构建出了微米级别（比毫米还小1000倍）的超晶格，它们的最小单元尺寸竟然只有2.2纳米，而且还可以随意调节扭曲角度，形成各种不同的晶格对称性，比如正方形、六边形、蜂窝状等等，简直是纳米世界的“乐高大师”！

这些在电子显微镜下看到的超晶格，果然呈现出非常清晰的莫尔图案，而且它们实际的扭曲角度，跟科学家们在DNA设计里预设的完全一样！这证明了他们对纳米结构的控制能力达到了前所未有的高度。这个研究的共同作者，马克斯·普朗克固体研究所的彼得·范·阿肯教授就说：“这些超晶格在透射电子显微镜下，清晰地展现出莫尔图案，而且观察到的扭曲角度和DNA折纸种子中编码的角度非常吻合。”

这项技术的影响有多大呢？简直是超乎想象！

首先，它能改写光和声音的规则。因为这些DNA构建的超晶格，拥有非常精确的周期性结构。科学家们可以通过控制这些结构的周期性，来**“引导”光线或声音沿着特定的轨迹前进**，就像给光和声音设计“高速公路”一样！这意味着未来我们可能会有更高效的光学设备，比如能够精确控制光线方向的透镜、能够收集更多太阳能的电池板，甚至能制造出新的声学器件，让声音传播变得更可控。

其次，它在量子材料和量子计算方面也有巨大的潜力。DNA本身就被发现能充当一种“自旋过滤器”，可以对电子的自旋方向进行选择。而现在，有了这些精确有序、具有明确莫尔对称性的超晶格，它们就可以成为一个绝佳的平台，来研究那些在纳米尺度上发生的“拓扑自旋输运现象”。这些听起来很深奥的物理现象，是理解和开发未来量子计算机、量子材料的关键。简单来说，就是用DNA来构建一个微观的“量子实验室”，来探索更深层次的物质规律。这可不是简单地模仿量子材料，而是在创造一种全新的可编程平台，来探索更高级的量子现象。

这项由劳拉·娜·刘教授领导的团队取得的突破，标志着DNA不再只是遗传信息的载体，它更成为了一种强大的“分子建筑师”。它让我们能够以原子级的精度来制造和控制复杂的纳米结构，而这些结构又能反过来影响光、声和物质在纳米层面的行为。

未来，这项技术可能会给我们的生活带来很多改变。比如，我们可以制造出更小、更强大、更节能的各种光学器件，让手机摄像头更清晰、屏幕显示更逼真。它也能用于开发新型传感器，能够更灵敏地探测到环境中的微小变化，或者在医疗领域进行更精准的诊断。在信息存储方面，这种超高精度的结构有望制造出容量更大、读取速度更快的存储设备。更激动人心的是，它可能成为连接宏观世界与微观量子世界的桥梁，加速量子计算和量子材料的研发进程。虽然从实验室到实际应用还有一段路要走，但这项研究无疑已经为未来的科技发展点亮了指路明灯，让我们对用DNA来“编写”物质世界的规则充满了无限遐想。

参考资料：DOI：1038.41565/s025-01976-3-<>