以DNA為基元，通過(guò)人為設計，從化學(xué)、工程等角度挖掘這一生命物質(zhì)的應用潛力，已經(jīng)被越來(lái)越多的研究者所關(guān)注。 

　　提及DNA（脫氧核糖核酸），我們首先想到的往往是遺傳。誠然，在傳統生物學(xué)中，DNA的主要功能是將遺傳信息從親代傳遞給子代，以保證生物體的某種特征延續性存在。

　　但在一些材料學(xué)家的眼里，本質(zhì)為核酸的DNA不再是神秘的生命密碼，而是合成某種生物材料的最基本單元。這類(lèi)生物材料因由DNA分子“搭建”而成，故稱(chēng)DNA材料。

　　不得不承認，生物本身充滿(mǎn)了未知，包括DNA材料在內的生物材料也存在無(wú)限可能。近日，來(lái)自美國康奈爾大學(xué)、中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中科院納米所）、上海交通大學(xué)醫學(xué)院附屬仁濟醫院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)仁濟醫院）的研究人員合成了一種可以自主運動(dòng)的DNA材料，其運動(dòng)形式還可受人為調控。該項成果作為當期封面文章，發(fā)表在《科學(xué)·機器人》雜志上。

　　空間移動(dòng)肉眼可見(jiàn) DNA成材料界“流量擔當” 

　　DNA為雙螺旋結構，每一個(gè)螺旋單位上“掛載”著(zhù)堿基，造就了DNA的特異性。很多科學(xué)家就是基于此，挖掘出了它的組裝能力，即通過(guò)DNA堿基互補配對，“長(cháng)”成穩定、可設計的結構。

　　“以DNA為基元，通過(guò)人為設計，從化學(xué)、工程等角度挖掘這一生命物質(zhì)的應用潛力，已經(jīng)被越來(lái)越多的研究者所關(guān)注。”上述文章的作者之一、中科院納米所納米—生物界面重點(diǎn)實(shí)驗室副研究員甘明哲在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)表示，DNA不再僅僅是一種納米級的生物分子。

　　作為目前熱門(mén)的DNA拓展應用場(chǎng)景,“DNA材料的生物相容性非常好，在醫學(xué)領(lǐng)域大有前景。DNA材料的另一大優(yōu)勢在于不同的核酸混合排列時(shí)，合成的材料性能千變萬(wàn)化，就像一座富礦，等待人們去探索。”在甘明哲看來(lái)，隨著(zhù)DNA合成技術(shù)及理論計算領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，DNA材料儼然成了材料界的“流量明星”，吸引著(zhù)越來(lái)越多的科研人員投身對其的研究開(kāi)發(fā)中。

　　除了通過(guò)改變DNA的空間排列等方法構建出多樣的DNA材料以外，科學(xué)家們還在汲汲探索DNA材料這位“跨界明星”的其他非遺傳特性。如今，研究人員合成了一種能夠進(jìn)行肉眼可見(jiàn)的“空間移動(dòng)”DNA材料，這相比一般的刺激響應更接近生命的特性，研究人員稱(chēng)之為“類(lèi)生命材料”。

　　意外創(chuàng )造類(lèi)生命材料 能像魚(yú)兒一樣“游動(dòng)” 

　　很多促進(jìn)人類(lèi)科學(xué)進(jìn)步的發(fā)現都源于一次意外，比如青霉素、X射線(xiàn)。

　　與類(lèi)生命材料的“邂逅”也是一個(gè)意外。甘明哲告訴記者，研究團隊當時(shí)正利用超膠對病毒核酸進(jìn)行檢測。超膠是一種自然界中不存在的人工合成DNA材料，置于水中呈固態(tài)，脫離水后又呈現液態(tài)，研究人員本想挖掘它在生物檢測方面的潛力。

　　有意思的是，他們卻興奮地發(fā)現，微流體芯片里的超膠的生成方式出乎意料地發(fā)生了改變。

　　如果把直徑約100微米的頭發(fā)絲縮小10倍，做成直徑10微米的微型管道，“水若在該管道中流動(dòng)便成了微流體，其特有的平行流動(dòng)方式——層流，與常見(jiàn)的液體流動(dòng)有顯著(zhù)區別，也就衍生出了特異的流場(chǎng)。”甘明哲說(shuō)。

　　“我們發(fā)現，該DNA材料的生成與微流體的層流特性呈現出一定的相關(guān)性。通過(guò)改變管道的流場(chǎng)參數，可以控制超膠在特定的空間位置合成；如果改變微流體中酶的濃度和種類(lèi)，則可改變超膠的自主合成和分解的速度。”甘明哲表示，這就實(shí)現了對該材料合成的空間、時(shí)間兩方面的人為調控。

　　“新的物質(zhì)不斷生成，舊的物質(zhì)不斷被分解，這很像生物獨有的新陳代謝。”在甘明哲看來(lái)，代謝是使生命存活的關(guān)鍵過(guò)程，在合成、分解代謝的平衡中維持了DNA材料的穩定存在與更新，這十分類(lèi)似于生命的特征。“我們在實(shí)驗室里重現了以這種類(lèi)似生命新陳代謝的‘人工新陳代謝’方式制造DNA材料的過(guò)程。”

　　更加有趣的是，作為一種DNA材料，它在微流體中相關(guān)酶的作用下，其“人工新陳代謝”總是在前端合成、后端分解，總體來(lái)看，這種長(cháng)達幾毫米的超膠就像水里的魚(yú)一樣發(fā)生了“游動(dòng)”，且肉眼可辨。這條“魚(yú)”還十分“頑強”，與科研人員預計的不同，其“運動(dòng)”的方向并非“順流而下”，而是與微流體的流動(dòng)方向相反，即“逆流而上”。

　　“正如人需要在有氧的空氣環(huán)境中進(jìn)行新陳代謝，這種類(lèi)生命材料需要從微流系統中獲得‘營(yíng)養’，實(shí)現‘人工新陳代謝’，從而進(jìn)行自主運動(dòng)。”該文章通訊作者之一、美國康奈爾大學(xué)生物和環(huán)境工程學(xué)院教授羅丹表示。

　　不用看細胞“臉色” 蛋白質(zhì)合成的下一個(gè)“寶藏” 

　　當被問(wèn)及這種類(lèi)生命材料在現實(shí)生活中有何用處的時(shí)候，甘明哲表示：“這只是個(gè)開(kāi)端，該材料目前可模擬生命的新陳代謝，未來(lái)或許能夠展現出更多類(lèi)似生命的特征，如生物獨有的進(jìn)化。”

　　生物學(xué)中，DNA復制時(shí)可能產(chǎn)生突變，從而創(chuàng )造出進(jìn)化的契機。“該材料同樣擁有著(zhù)這樣的可能性。”甘明哲設想，也許在今后的研究中可能會(huì )出現環(huán)境自適應等特征，最終能夠獲得真正意義上定向進(jìn)化的生物材料。

　　或許進(jìn)化更多的是靠運氣，但有些方向卻能靠科學(xué)家的“實(shí)力”去實(shí)現。在甘明哲看來(lái)，該類(lèi)材料的無(wú)細胞蛋白合成能力是下一步可以著(zhù)手開(kāi)發(fā)的“寶藏”。

　　蛋白質(zhì)是很多藥物、疫苗的基本成分，目前，蛋白質(zhì)的合成通常由培養的細胞來(lái)完成，生產(chǎn)蛋白的種類(lèi)、產(chǎn)量和質(zhì)量嚴格受到細胞調控，也就是說(shuō)，要把細胞“伺候好”。然而，在目前技術(shù)條件下，有相當數量的蛋白產(chǎn)不產(chǎn)、產(chǎn)多少完全看細胞“高不高興”，如一些膜蛋白、毒性蛋白、代謝調節蛋白等。DNA材料本身就可以指導蛋白質(zhì)的合成，即采用類(lèi)生命材料可以越過(guò)細胞的限制，直接生產(chǎn)蛋白質(zhì)。科研人員已經(jīng)初步實(shí)踐了這種方式，幾毫米長(cháng)的超膠在無(wú)細胞系統中生產(chǎn)出了大量的活性蛋白質(zhì)。

　　“該材料的生物檢測能力也未來(lái)可期。”甘明哲說(shuō)。

　　與最開(kāi)始的那次測量熒光強度的方法不同，“人工新陳代謝”能力驅動(dòng)的類(lèi)生命材料的自主運動(dòng)能夠在二維平面上實(shí)現材料圖案的變化，且未來(lái)有望推廣到三維結構變化。通過(guò)產(chǎn)生不同樣式的圖案，甚至是肉眼可見(jiàn)的形狀變化來(lái)判定檢測結果。“這將是未來(lái)便攜化、精準化、智能化生物檢測手段的一個(gè)探索方向。”甘明哲說(shuō)。

　　“我們的研究還處于雛形階段，現階段為創(chuàng )制新型DNA材料提供了一種研究方向，但我相信，這種類(lèi)生命材料的未來(lái)將不可限量。”文章作者之一、仁濟醫院副研究員劉培峰說(shuō)。