哥伦比亚大学团队突破DNA自组装技术

哥伦比亚大学化学工程教授奥列格?甘领导的研究团队在纳米材料制造领域取得突破性进展。研究人员利用DNA自组装技术，成功构建出复杂的三维纳米结构，为未来多种前沿科技应用打下基础。
这项研究成果已于7月9日以封面文章形式发表在国际学术期刊自然?材料上。研究采用逆向设计方法，首次实现了复杂三维结构的并行制造，这在以往的技术体系中难以实现。
新方法基于水溶液中的DNA定向自组装过程，能够制造出传统光刻和3D打印技术无法完成的纳米级复杂结构。奥列格?甘将这一成就比喻为“在纳米尺度上建造帝国大厦”，并指出该技术对光子调控、类脑计算、催化剂载体以及生物分子反应装置等新兴领域具有重要意义。
传统的微电子制造主要依赖光刻技术，但在构建三维结构方面存在明显局限；而3D打印虽然具备三维成型能力，在纳米尺度却难以达到足够精度。这两种方式均为逐层或逐点的串行制造，效率较低。
此次研究团队采用了全新的逆向设计理念：先将目标三维结构拆分为由DNA链折叠而成的基本单元——每个单元可形成八面体状的“体素”，每个体素设有8个连接接口，类似拼图模块。通过DNA序列编码控制其精确连接，实现整体结构的自组装。
研究人员使用同步辐射X射线散射和电子显微成像技术，验证了所制造结构与设计模型高度一致。所有样品均在水溶液环境中自发组装完成，实现并行生产。甘教授指出，这种水基工艺不仅大幅节省制造时间和成本，还具备良好的环保特性，并且适用于生物、光学、电学和磁性等多种功能材料。
目前，研究团队正在与其他学者合作，探索构建更为精密的三维结构，例如模仿人脑神经网络的立体电路。甘教授总结说，该项目旨在打造一套全新的自下而上的三维纳米制造系统，这项基于DNA自组装的技术有望实现大规模并行制造，可视为下一代纳米级三维制造技术的重要方向。