哥伦比亚大学利用DNA可编程组装创新3D纳米材料

哥伦比亚大学Oleg Gang教授团队利用DNA可编程组装技术，构建出复杂的三维纳米结构，其精度与可控性堪比纳米级“帝国大厦”。相关研究发表于《Nature Materials》和《ACS Nano》。

自下而上的纳米制造新范式

传统微电子制造采用自上而下的光刻技术，难以构建复杂3D结构；3D打印则难以达到纳米级分辨率。Gang团队借鉴生物系统，利用DNA自组装实现自下而上的并行制造，组件在水中自发组装，大幅节省时间和成本，且环保无污染。

团队确立逆向设计策略：从目标宏观结构出发，拆解为具有结构、结合和功能属性的DNA体素（八面体构建块）。开发出MOSES算法（类纳米级CAD软件），可计算构建任意3D分层有序晶格所需的最小DNA体素集合，实现信息压缩与高效自组装。

DNA体素内可封装金纳米颗粒等多种纳米“货物”，赋予结构光学、电学、磁学或生物特性。组装完成后可通过二氧化硅矿化并热分解DNA，将有机骨架转化为高稳健性的无机结构。

Gang表示：“我们正在建立自下而上的3D纳米制造平台，这是纳米级的下一代3D打印。DNA自组装的大规模并行制造能力，为光操控、类脑计算、催化材料、生物分子支架等领域开辟了新路径。”团队正与合作者探索更复杂的3D电路设计，旨在模拟人脑复杂连接。

更多信息请联系Oleg Gang，邮箱：gang@columbia.edu。

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