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南京大學(xué)肖守軍課題組在DNA小環(huán)（小于200個(gè)堿基的環(huán)）為骨架鏈構(gòu)建DNA納米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過對內(nèi)臂長為1.5個(gè)螺距的多角星分子瓦（point-star tile）內(nèi)環(huán)島（roundabout）的編織方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，編織了右轉(zhuǎn)RT（right-turn）、左轉(zhuǎn)LT（left-turn）、橋連bLW（bridged longitudinal weaving）、和U型回轉(zhuǎn)UT（U-turn）四種結(jié)構(gòu)的分子瓦，并分別將分子瓦進(jìn)行偶或奇拼砌（E-或O-Tiling，即偶數(shù)或奇數(shù)個(gè)半螺距的連接）來構(gòu)建二維納米管或平面。U型回轉(zhuǎn)的偶拼砌UT_10bp-E構(gòu)筑出手性指數(shù)為（2,2）的特殊納米管，雙臂生物素－鏈霉親和素標(biāo)記（dual-locus biotin-streptavidin labeling）技術(shù)確定了該管及其分子瓦UT_10bp的右手手性。

DNA納米技術(shù)使用DNA分子通過堿基配對的右手雙螺旋鏈的相互交叉搭建微納米尺度的平面、管、梁、城堡等靜態(tài)建筑或者剪刀、多米諾骨牌、棘輪、機(jī)器等動(dòng)態(tài)工具。由于DNA材質(zhì)的軟物質(zhì)特性，絕大部分DNA分子瓦的偶拼砌（分子瓦同面排列的組裝）形成DNA納米管。Hao Yan教授等提出每一種DNA分子瓦具有固有曲率（Science 2003, 301, 1882），DNA分子瓦的同面偶拼砌累積其固有曲率并形成納米管，而分子瓦的異面奇拼砌相互抵消其固有曲率從而傾向形成平面陣列。過去學(xué)術(shù)界對分子瓦的固有曲率沒有準(zhǔn)確和定量的描述，而課題組最近的工作（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 6759）引入晶體結(jié)構(gòu)手性指數(shù)（n,m）來定量描述DNA納米管的曲率、管徑、和偏轉(zhuǎn)角，并使用單臂生物素－鏈霉親和素標(biāo)記技術(shù)判斷具有二重對稱旋轉(zhuǎn)軸的DNA納米管及其分子瓦的左右手性結(jié)構(gòu)。

與傳統(tǒng)的內(nèi)臂長為1個(gè)螺距的多角星分子瓦的結(jié)構(gòu)及其組裝的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，本文對由128個(gè)堿基小環(huán)（c128nt）構(gòu)建的內(nèi)臂長為1.5個(gè)螺距的四角星分子瓦內(nèi)環(huán)島的編織方式進(jìn)行了調(diào)控，構(gòu)建了右轉(zhuǎn)RT、左轉(zhuǎn)LT、橋連bLW、和U型回轉(zhuǎn)UT四種結(jié)構(gòu)的分子瓦。結(jié)果表明：環(huán)島內(nèi)具有單鏈段交叉互補(bǔ)連接的RT和LT的偶拼砌可以形成較高產(chǎn)率的納米管；bLW的橋連長度從5-bp增加至16-bp不影響其組裝成納米管的效率，且納米管的管徑從16逐漸增加到51納米；在c128nt 四角星結(jié)構(gòu)內(nèi)置放一個(gè)40個(gè)堿基的DNA小環(huán)（c40nt）并與U型回轉(zhuǎn)的四個(gè)單鏈段雜交構(gòu)建了UT_10bp分子瓦（圖2J），其偶拼砌UT10bp-E構(gòu)筑出手性指數(shù)為（2,2）的特殊納米管結(jié)構(gòu)。雙臂生物素－鏈霉親和素標(biāo)記技術(shù)確定了具有四重旋轉(zhuǎn)對稱軸的（2, 2）納米管及其分子瓦UT_10bpUT_10bp的右手手性。雖然實(shí)驗(yàn)上可判斷分子瓦的手性，但還缺乏根據(jù)分子瓦的編織模式預(yù)判其手性結(jié)構(gòu)的理論工作。

DNA納米技術(shù)具有可編程設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，在三維空間中能精確偶聯(lián)并定位原子級官能團(tuán)在納米結(jié)構(gòu)中的方位，可以組裝有限和無限納米結(jié)構(gòu)，DNA納米結(jié)構(gòu)形貌可控、產(chǎn)率高、穩(wěn)定性好、生物兼容性好，確定了手性、管徑、甚至管長的DNA納米管將來在DNA存儲和計(jì)算、藥物傳遞、生物傳感、生物大分子機(jī)器、和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛能。