大约一年前，加州理工学院的生物工程助理教授Lulu Qian开发出了一种被称为DNA折纸的技术来拼接微小的拼图覆片——这种类似迷你瓷砖的材料可以自动组装成更大的纳米结构(迷你瓷砖类似于基本像素，纳米机器相当于像素组成的图案，DNA指导像素自行组成图案，就像动物身上自动生出的胎记)。在演示中，他们借助DNA特性制作出了史上最小版的《蒙娜丽莎》。

这一技术令人印象深刻，但该技术的局限性恰与油画本身相似：图像一旦被创建，就难以改变。

现在，加州理工学院的团队实现了技术上的又一次飞跃。他们创造出了更具动态性的覆片自组拼接技术——也就是说，研究人员能够重塑已经成型了的DNA结构。作为示范，他们制作了一款分子尺度的井字游戏，玩家在棋盘上添加特殊的DNA贴片来代表X或O。

通过DNA片段驱动纳米覆片自动行棋的连城游戏 Credit: Caltech

连城或井字游戏，作为最简单的棋类，很久以前我们就可以单纯借助电路设计或算法，在机械和电子设备上实现人机对弈(就是人类玩家走出一步，机器自动响应也走一步，而且走法正确)，比较出名的装置包括信息学之父香农制造出的连城机器人。

这里的不同之处在于，科学家借助DNA的特性，利用纯生物化学机制来实现“对手”自动行棋。同时，因为只涉及纯粹的生物学过程，所以纳米机器人每走一步都需要数天的时间。

每条DNA链由骨架和四种称为碱基的分子组成。这些碱基——腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，缩写为A、T、C和G——可以按任何顺序排列，不同顺序的组合意味着不同的氨基酸分子，或者在当前语境下是纳米机器。

DNA的第二个特性是A，T，C和G碱基具有与其对应物配对的自然趋势。A碱基与T配对，C与G配对。大量碱基组成的DNA链条亦是如此，例如，ATTAGCA与TAATCGT配对。

然而，碱基序列也可以与部分匹配的序列配对。如果将ATTAGCA和TAATACC放在一起，它们的ATTA和TAAT部分像咬合在一起的齿轮，而不匹配的部分就像是没有卡在一起的拉链。两条DNA链彼此越是互补，结合的趋势就越强烈。

之前的纳米机器自组织工艺，就是将DNA链条附着在纳米构件上，互补的DNA链条结合到一起的同时，两块构件也自然地拼接到一起。

最新开发的动态工艺手段，则利用了不完全匹配的DNA链条，每当需要修改既成的结构时，就向结构里添加新的构件——构件上附着的DNA片段具有和周边碱基更高的匹配度。结构中的其他DNA就会选择新来的片段，换句话说，原始结构中的构件会选择与新来的构件组成新的结构。

显而易见的，以上解释只涉及最简单、最理想的情况，实际的操作和设计要复杂得多。

共同作者、博士后Grigory Tikhomirov说：以前的技术，相当于你爆了车胎，而不得不买一辆新车；这是难以接受的事情，所以我们又开发出置换工艺，可以更换和升级工程纳米级机器的多个部件，使其更加高效和复杂。

本文译自 sciencedaily，由 majer 编辑发布。

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