建筑设计图

DNA是“信息物质”的一个极端例子。它以非常特殊的方式遵循程序组装起来，每个核苷酸都与它的互补位置相匹配，一直能让上千个碱基对相互匹配。这种程序化自组装正体现了超分子化学的一个重要目标。原子自身相互之间的区别并不太大，但超越原子这种基本的建造单元而考虑制造分子，超分子化学家就可以给他们的砖块和马达编制程序，加入更多的引导信息。

DNA提供给我们的并不仅仅是程序化自组装的存在性定理，它也提供了编制程序的具体方法。对于比细胞的双螺旋远为复杂的结构，我们完全可以利用碱基互补原理把DNA支架拼接起来。

纽约大学的纳德里安·希曼就探索了这样的概念。他使用生物技术中的酶工具将DNA剪切并拼接成漂亮的形体，比如他造出了一个笼子状的多面体——立方体加个截角八面体（如图39）。形体中的棱都是DNA双螺旋，每个顶角处都有三条螺旋会聚。这些会聚处都是精心编织而成的：双螺旋的两条链在此处分离，走向不同的棱，与新的链互补组成双螺旋。对于会聚处的情形，希曼和同事们先精心设计好DNA序列，合成序列然后再拼接。

巧妙之处在于该怎样把三棱会聚点组装成三维几何结构的分子物体。希曼让棱都带有“黏性端头”，在端头双螺旋的其中一条链长于另一条。于是暴露在外的未配对碱基在遇到互补链时就能够去配对。这样一来，端头就具有了带选择性的黏性，可以与别的端头结合，于是整个结构就可以程序化地从零部件开始建造起自身。一旦黏性端头通过碱基间的氢键与别的链结合起来，接合酶就会在它们之间锻压出强键，保证骨架的稳固。

目前为止，这些分子建造其实还只是愚笨的技巧表演，只不过展示了对分子识别实现惊人的控制，从而建造起纳米尺度的结构。但希曼提出，在他这种实验中，DNA框架有可能充当脚手架，有效地组装起其他分子和材料。例如，我们有可能在DNA链外部覆盖上银，于是就把它们转化为导电的分子导线。那么，是不是有可能某一天通过对导线进行“基因”编程，建造出微型的、按特定模式连接起来的电路呢？

此外，带黏性端头的DNA还能够有选择性地粘接成分子尺度的物体。伊利诺伊州西北大学的查德·米尔金和同事们利用这个思路将金的小微粒组装成团簇。小颗粒原本只有几个纳米大小，即所谓的纳米晶体。每个颗粒都带有一个标记单链DNA，但标记序列没有互补关系，所以微粒保持分离状态。研究者们向其中加入一种单链DNA，它的两端分别与标记序列互补，于是纳米微粒就被连接到了一起。结果得到的团簇能够强烈地散射蓝色光，于是溶液就变成了葡萄酒的颜色。米尔金和同事们现在正在研发该技术的商业用途，希望成为特定DNA单链序列的简单的可视化检测方法，而这种检测方法正是基因分析中普遍的需求。

有的研究人员希望通过将金属或半导体的纳米晶体组装成有秩序的阵列，来制造更小的电子器件，远小于当今用来制造硅芯片的传统微细加工技术所制造出的器件。半导体纳米晶体可以用作存放电子信息的存储元件，它们还能与光相互作用，用来制造光学信息处理器件。利用DNA连接来程序化地组装纳米晶体，有可能成为排列电路模式的一种方法。得克萨斯大学的安杰拉·贝尔彻和同事们的研究还提示了另一种可能的途径：他们利用的是蛋白质的分子识别性质，而没有利用DNA。他们研发出一种很小的多肽分子，能够识别不同种类的半导体，并粘接在其表面。这种多肽可以“感觉到”半导体晶体表面的原子是怎样组织的。也许有一天，可以给基因工程马达蛋白（参见第五章）装上这种识别特定半导体的多肽手臂，于是就能将纳米晶体拖拽到分子建造的位点附近，并把它们排列成电路的模式。