大多數(shù)人都熟悉DNA雙螺旋。它之所以形成扭曲的梯子形狀，是因?yàn)闃?gòu)成我們基因組的長(zhǎng) DNA 片段完全互補(bǔ)——每個(gè)腺嘌呤都與一個(gè)胸腺嘧啶配對(duì)，每個(gè)胞嘧啶都與一個(gè)鳥嘌呤配對(duì)。這四種核苷酸的序列包含在我們體內(nèi)構(gòu)建蛋白質(zhì)所需的信息，但它們也編碼自己的雙螺旋結(jié)構(gòu)。
然而，自 20 世紀(jì) 80 年代以來，科學(xué)家們劫持了這些配對(duì)規(guī)則來構(gòu)建雙螺旋以外的結(jié)構(gòu)。這個(gè)領(lǐng)域被稱為 DNA 納米技術(shù)，其最流行的實(shí)現(xiàn)方式是 DNA 折紙，研究人員可以將 DNA 折疊成任何形狀，為構(gòu)建納米級(jí)設(shè)備和機(jī)器提供了強(qiáng)大的方法。
DNA折紙是將一段長(zhǎng)的DNA(稱為支架)和數(shù)百個(gè)精心挑選的短DNA(稱為訂書釘)放在試管中，然后讓它們折疊在一起形成設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。
該技術(shù)非常高效，整個(gè)過程只需一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟即可完成。盡管表面上很簡(jiǎn)單，但這個(gè)過程很復(fù)雜，科學(xué)家們對(duì)折疊過程中發(fā)生的事情沒有一個(gè)完整的了解。普通顯微鏡很難看到 DNA 折紙結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈兲。倚枰獙⒔Y(jié)構(gòu)附著在表面上。
試圖理解這一過程的一種方法是通過計(jì)算機(jī)模擬，使用一種稱為分子動(dòng)力學(xué)的方法。研究人員過去曾嘗試使用這些模擬來了解 DNA 折紙結(jié)構(gòu)折疊時(shí)會(huì)發(fā)生什么。然而，現(xiàn)有模型考慮了每一個(gè)核苷酸以及進(jìn)化結(jié)構(gòu)在數(shù)十億個(gè)微小時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。該過程對(duì)計(jì)算要求很高，限制了結(jié)構(gòu)的尺寸和動(dòng)力學(xué)模擬的時(shí)間。
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