为什么要把DNA用于这些目的呢？主要的原因是DNA链相互作用的可控性和可预期性。一个有N个碱基长的粘性末端就有4N种可能的碱基排列方式。这种庞大的可变性以及末端仅与密切匹配的序列相结合的特性，为我们将大量的DNA链以完全特殊的方式连接在一起组成所需要的大分子提供了充分的可能。此外，我们知道两个粘性末端一旦相结合，就会形成典型的双螺旋结构，而且这种螺旋结构相当固定。因此，我们不仅能知道哪条链与哪条链相连，还能知道相连节段的具体形态。我们没有蛋白质和抗体的此类特定信息——它们是另外的候选研究对象。它们也有着庞大的可变性，但是决定蛋白采用哪种形态，两种蛋白或抗体如何连接在一起是个复杂的问题，不得不针对每个个例再单独研究。
另一个使用DNA的理由就是利用生物技术产业的设备合成DNA非常简单。我们可以利用很多酶类对DNA进行操控，例如剪切酶（在特殊位点切断DNA）或是连接酶（促使两个分子通过共价键相连——由原子间共用电子对组成的牢固化学连接）。这些设备可以用于合成及操控常规的DNA和一些特殊的衍生物，四种不同的常用碱基被连结在一起，额外的分子被附在DNA骨架的外侧（DNA梯子的两边）。希望将核酸（DNA和RNA）用于医疗的医学研究人员已经合成了许多这样的变形体。DNA极为适合合成这种衍生物，因为螺旋上的每一个核苷酸都有供其他分子附着的位点。
最后，正如我们下面将看到的，DNA可以形成不同于标准双螺旋的其他结构。我们可以制造纳米级的机械设备，当DNA的结构发生某种转变时，设备的某部分就会运转，比如说可开合的镊子或是旋转轴。有一个缺点就是DNA构件必须在水溶液中制造，但是想把（例如云母上的）成品变干并不成问题。
|
对未来的展望
基于DNA的纳米技术的一个重要目标是将此成果扩展到两三个领域。如果能够成功的话，我们就可以通过列出一系列DNA序列并对它们加以组合，从而设计出固体材料。如果这种结构高度有序，那么利用前面提到的规律重复栅格框架容纳大分子进行晶体学实验就变得可行了。
DNA纳米技术的另一个目的，是将DNA元件组装到框架结构当中。它的完成将是制造具有复杂运动和多种结构状态的纳米机器人的第一步，后者将能使我们建造化学装配线。应用类似于这里描述的装置，我们可以高精度地装配新材料。作为一个样本，我与纽约大学的W.Canary及S.Lukeman、德州大学奥斯汀分校的朱雷（音），最近在核酸链骨架上聚合了一小段尼龙。我们期望有一天能够合成有特殊性质及拓扑结构的新聚合物（例如其骨架上的缠绕物）。
要实现这些目标，首先需要将DNA作为可设计的成分。但无论晶体学还是纳米微电子技术都不能仅依赖于DNA。比如纳米金属粒子或纳米碳立方体等纳米微电子元件，必须在特定的反应体系和液体环境中与DNA分子相结合，同时既要与DNA又要与其他成分相谐调。考虑到这些分子复杂的化学特性， 实现这一目标并非易事。即使通过DNA的自行装配创立了纳米微电子学，纳米机械最终仍需以比在溶液中加入、移除调控片断更为复杂的方式与宏观世界相互作用。这一挑战很可能充满艰辛。
理想的纳米机械应该能够复制。然而不同于线性DNA链，枝状的DNA链不具有自我复制功能。但去年的晚些时候美国加州的Scripps研究所的M.Shih、D.Quispe和F.Joyce在能自我复制的DNA分子研究上迈出了令人振奋的一步。他们用一条约1700个碱基对的DNA链制造了一个八面体，其间利用了5个辅助的短支链完成装配[见本页图]。这个八面体的每条边由两个彼此连结的DNA双螺旋形成（一组DX和PX分子），每边长14纳米，即4圈双螺旋。一个折叠的八面体是不能复制的，但在非折叠状态下，长链可以很容易通过PCR（多聚酶链式反应）这一标准生物技术方法复制上百万次。虽然距成功复制生命体还有很长一段路要走，但是等到Watson-Crick发现DNA双螺旋结构一百周年的时候，我们也应该能拥有达到这一水平的DNA机械了。
|
