納米藝術家

顏顥 亞利桑那州立大學分子設計與仿生學生物設計研究所主任

從去年下半年開始，顏顥除了亞利桑那州立大學分子設計與仿生學生物設計研究所主任之外，又多了個Nanobot Biosciences聯合創始人的身份，但實際上這兩個身份都與他的新“召喚物”有關聯。

這種大小只有尋常人頭發寬度千分之一的納米機器人“召喚物”，則最早起源于他2011年4月份發表于《自然》雜志的一篇封面文章上，但最大的意外是開啟他一系列成功的來源，顏顥在多年前的一次采訪中說：“這些成果的靈感都來自自然界中的藝術美”。

要理解藝術美如何一步步造就了足以幫助顏顥餓死惡性腫瘤的納米機器人，就得先從DNA折疊技術說起。

DNA折疊技術是由加州理工學院的計算機科學家Paul W.K. Rothemund 于2006年在紐約大學Ned Seeman 教授結構DNA納米技術的概念基礎上的一個創新，這項技術基于DNA四個互補堿基的自組裝特性，由許多條短的單鏈DNA把一條幾千個堿基長的長鏈DNA折疊成設計的形狀。

傳統的DNA折疊制造出來的常常是二維的形狀和一些簡單的三維結構。這些形狀設計的共同特點是利用雙鏈DNA短片段平行排列來填滿想得到的多邊形結構。這樣的結構的表面可以看成是由很多矩形像素（rectangular pixels）組成。但是在3D表面上修改細微的曲率是一項艱巨的任務，并不容易做到，于是來自哈佛醫學院的William Shih研究組就在3D剛性點陣模型（rigid lattice model) 結構中的一些片段上通過靶向插入和堿基對刪除來獲得所需的曲率。

但顏顥希望擺脫剛性點陣模型，從而只需通過支架結構定義出某種目標物體要求的表面特征，但這“迫使”研發出能調節出任意曲率，構建任意三維結構的方法。

為了完成這些設計，顏顥的博士研究生韓東燃最先著手的是簡單的二維同心環結構，其中每個環都由一個DNA雙螺旋組成，同心環由一些交叉點連接在一起，雙螺旋結構上也有能切換到相鄰環上的結構，這有助于連接同心螺旋之間的空隙。

“我們獲得了不同的這樣的二維結構，包括一個開放的9層的同心環，以及一個三點星狀結構”，顏顥接著把交叉連接點網絡用同樣的方法設計成包含平面內和平面外曲率的結構，從而能完成彎曲三維納米結構，但是這種方法會出現大量的可變性，“通過實驗我們發現如果比這種扭曲稍高，或者稍低，就能獲得不同的彎曲角度?！?/p>

“自然界中具有精巧表面曲率（surface curvature）的復雜三維結構”，來自自然界的靈感促使顏顥將構建同心環結構的方法，與非B型構型DNA（9-12base pairs/turn）結合，由此獲得了許多精巧的結構，比如球體、半球體、橢圓殼形以及一個納米花瓶——正是2011年Science雜志封面圖的構造。

也正是顏顥2011年開啟的突破，又歷經多年將不同半徑的DNA鏈折疊成不同的三維結構的實踐，才有了通過將DNA折疊成三維性狀形成自主的分子水平的機器人，而這些不會損害健康細胞的小衛士有望在不久的未來，通過血液直達體內癌癥發源地，直接餓死腫瘤。