1982年，纳德里安·西曼（Nadrian C. Seeman）教授以分支交叉（branch junction）为基础，开创了DNA纳米技术领域的先河。近四十年来，DNA纳米技术蓬勃发展，可以精准实现各种复杂二维及三维的图案或形状的自组装，而结构模块大多依照普通交叉（regular junction）来设计。而早在上世纪90年代初，由西曼教授同时提出的另一DNA模块类型——混合交叉（mesojunction），却被研究者忽视和遗忘。虽然混合交叉的部分单元设计已在实验中得到初步验证，但是后续相关的研究长期以来近乎停滞。
2023年1月20日，生命学院魏迪明课题组（MADlab）在《美国化学学会志》（Journal of the American Chemical Society）上发表题为“基于混合交叉的新型DNA纳米结构设计范式”（Mesojunction-based design paradigm of structural DNA nanotechnology）的研究论文。
该研究首次将多种混合交叉应用于不同的DNA纳米结构设计。首先，研究人员将三臂或四臂的混合交叉作为基础单元，通过精妙的设计，使其通过粘性末端之间的碱基互补配对，实现周期性排列的一维组装。之后，研究人员以四臂混合交叉为代表，分别实现了无骨架（scaffold-free）方法与有骨架（scaffolded）方法介导的二维结构与三维结构的组装，充分展示了混合交叉在各种设计方法中的普适性。正如文中指出的，此交叉模式似乎存在与极其多样和复杂的基于经典普通交叉的DNA纳米结构设计的平行宇宙之中。鉴于混合交叉的种类数目超过经典交叉，这意味着在该领域存在尚未探明的广阔设计空间。
上：以半周螺旋为臂长的混合交叉示意图；中：以一周半螺旋为臂长的混合交叉示意图；下：由混合交叉组装的二维阵列
金沙js4399首页2022届硕士毕业生王天琦和金沙js4399首页博士后白坦蹊为本文的第一作者，金沙js4399首页魏迪明副教授和纽约大学Ohayon教授为本文的共同通讯作者。已故的纽约大学西曼教授为该研究提供了宝贵的指导和建议。该研究得到科技部、金沙js4399首页春风基金、清华-北大生命科学联合中心、中国博士后科学基金等机构的基金资助。
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.2c11731
