1982年，納德里安·西曼（Nadrian C. Seeman）教授以分支交叉（branch junction）為基礎(chǔ)，開(kāi)創(chuàng)了DNA納米技術(shù)領(lǐng)域的先河。近四十年來(lái)，DNA納米技術(shù)蓬勃發(fā)展，可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜二維及三維的圖案或形狀的自組裝，而結(jié)構(gòu)模塊大多依照普通交叉（regular junction）來(lái)設(shè)計(jì)。而早在上世紀(jì)90年代初，由西曼教授同時(shí)提出的另一DNA模塊類型——混合交叉（mesojunction），卻被研究者忽視和遺忘。雖然混合交叉的部分單元設(shè)計(jì)已在實(shí)驗(yàn)中得到初步驗(yàn)證，但是后續(xù)相關(guān)的研究長(zhǎng)期以來(lái)近乎停滯。

清華大學(xué)生命學(xué)院魏迪明課題組（MADlab）在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上發(fā)表題為“基于混合交叉的新型DNA納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范式”（Mesojunction-based design paradigm of structural DNA nanotechnology）的研究論文。

該研究**將多種混合交叉應(yīng)用于不同的DNA納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，研究人員將三臂或四臂的混合交叉作為基礎(chǔ)單元，通過(guò)精妙的設(shè)計(jì)，使其通過(guò)粘性末端之間的堿基互補(bǔ)配對(duì)，實(shí)現(xiàn)周期性排列的一維組裝。之后，研究人員以四臂混合交叉為代表，分別實(shí)現(xiàn)了無(wú)骨架（scaffold-free）方法與有骨架（scaffolded）方法介導(dǎo)的二維結(jié)構(gòu)與三維結(jié)構(gòu)的組裝，充分展示了混合交叉在各種設(shè)計(jì)方法中的普適性。正如文中指出的，此交叉模式似乎存在與極其多樣和復(fù)雜的基于經(jīng)典普通交叉的DNA納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平行宇宙之中。鑒于混合交叉的種類數(shù)目超過(guò)經(jīng)典交叉，這意味著在該領(lǐng)域存在尚未探明的廣闊設(shè)計(jì)空間。

上：以半周螺旋為臂長(zhǎng)的混合交叉示意圖；中：以一周半螺旋為臂長(zhǎng)的混合交叉示意圖；下：由混合交叉組裝的二維陣列

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2022屆碩士畢業(yè)生王天琦和生命科學(xué)學(xué)院博士后白坦蹊為本文的**作者，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魏迪明副教授和紐約大學(xué)Ohayon教授為本文的共同通訊作者。已故的紐約大學(xué)西曼教授為該研究提供了寶貴的指導(dǎo)和建議。該研究得到科技部、清華大學(xué)春風(fēng)基金、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、中國(guó)博士后科學(xué)基金等機(jī)構(gòu)的基金資助。