納米尺度上的信息傳遞是很多化學反應過程（如催化）和生命科學領域（如神經信號傳導）中的重要現象，而當前研究的難點之一是如何構建人工納米體系來模擬和探索其復雜的動態過程。
利用DNA分子來構建相關的分子結構被證明是一個極為可行的方式。DNA分子由于其獨特的雙螺旋結構，不僅承載了幾乎所有生物的遺傳信息，也因其精確的互補配對能力、序列的可編程性、結構的多樣性和獨特的機械學性質成為構建分子機器的優越材料。
通過適當的序列設計和條件控制（如鏈交換、環境刺激等），可以人為地控制DNA的結構變化及構想間的可控轉化，進而利用DNA的可定位特性，修飾結合其他功能材料，實現納米尺度的可控運動或特殊功能的精確變化。
圖1. 各種“磚塊”式DNA 結構的設計與合成
問題在于：當前針對可變DNA結構設計中的基本問題還尚未有突破性的進展，其本質原因還是對其中間態變化過程的研究不多，尤其是設計和構建可控中間態信息傳遞的研究甚少。
有鑒于此，美國Emory University Ke課題組（共同通訊）、上海交通大學的青年千人宋杰（共同通訊，第一作者）、美國Purdue University Mao（共同通訊）課題組等人通過構建新型可變DNA納米結構，在納米尺度下實現類似于“多米諾骨牌”可編程控制的長距離信息傳遞和調控。
圖2. DNA結構設計及其分子信息傳遞方式
研究人員基于可自由變化的四臂DNA單元（anti-junction），通過有序排列將DNA單元組裝成2D或者3D的陣列，得到一種全新的可變DNA結構。由于每個構成單元都是可以自由變化的，進而通過觸發某個特定位置的構象變化，能夠產生級聯反應，類似于“多米諾（Domino）骨牌”效應，實現長距離的信息傳輸和遞送。
圖3. DNA結構上的分子信息實時傳遞
同時，該可變DNA結構也能夠可編程化地研究各中間態的轉換過程。這種新型可變DNA納米結構能夠為化學反應的中間態研究以及生命活動中分子信號調控提供有力的研究工具。
圖4. DNA結構上的可控信息遞送
宋杰, 第十二批中組部青年千人，上海交通大學電子信息與電氣工程學院儀器科學與工程系特別研究員， 在納米生物醫學工程研究所工作。于2009年蘭州大學物理專業本科畢業，2014年獲得丹麥奧胡斯大學生物物理方向博士學位。之后在丹麥奧胡斯大學和美國埃默里大學從事為期 博士后研究。 至今，已發表文章30余篇，其中包括 Science，Nature, Nature Nano, Nature Chemistry, Nature Communication, PNAS, JACS等國際頂級期刊，現主持科技部重點專項課題，中組部青千計劃，國家自然基金等項目。 課題組現在主要的研究方向是高分辨AFM動態成像，單細胞操縱， DNA納米技術在生物醫學方向的應用，以及智能診療儀器的開發。
詳情見主頁：http://www.ie.sjtu.edu.cn/Data/View/218
歡迎歡迎有研究興趣的學生或者研究者加入實驗室參與課題研究；本課題組招收具有物理、化學、生物、材料以及醫學相關的研究生和博士生以及博士后，有意可郵件至sjie@sjtu.edu.cn
