科学家以 DNA 自组装技术构建出复杂结构，纳米级“体素”实现水环境并行制造

本站 7 月 13 日消息，哥伦比亚大学化学工程教授奥列格・甘（Oleg Gang）团队在纳米材料制造领域取得重要突破：他们基于 DNA 自组装技术，构建出复杂的 3D 纳米结构。

相关成果已于 7 月 9 日作为封面文章发表在《自然・材料》上。该技术通过逆向设计策略，实现复杂三维结构的并行制造，对于多个前沿应用至关重要。

该技术通过水环境中的 DNA 定向自组装，实现传统光刻与 3D 打印难以企及的纳米级复杂结构制造，被甘教授称为“纳米尺度版的帝国大厦建造”。

奥列格・甘表示，“我们现在能通过自组装纳米元件构建复杂的三维结构，相当于纳米尺度的帝国大厦”，他强调这项技术“对光操纵、神经形态计算、催化材料和生物分子反应器等新兴应用至关重要”。

据介绍，传统微电子制造依赖光刻技术，但无法构建复杂三维结构；3D 打印则受限于纳米级精度。两者均为逐件串行制造，效率低下。

研究团队采用逆向设计策略：将目标结构拆解为 DNA 基础单元 —— 可折叠为八面体结构的“体素”（voxel），每个体素含 8 个连接点（类似于拼图接口），通过 DNA 编码实现精准拼合。

通过同步辐射 X 射线散射和电子显微镜技术，团队证实成品结构与设计完全匹配。所有结构均在实验室水槽中自主组装完成，实现并行制造。“这种水基组装工艺节省大量时间与成本，且环保可持续”，甘教授强调，“该平台适用于生物、光学、电学、磁性等多元化材料。”

甘团队正与哥伦比亚化工教授萨纳特・库马尔（Sanat Kumar）及应用物理系于南方教授合作开发更复杂结构，包括模拟人脑连接的 3D 电路。“我们正在建立自下而上的三维纳米制造平台，”甘总结道，“这堪称‘下一代纳米级 3D 打印’，DNA 自组装能力将实现大规模并行制造。”

本站附论文地址：https://doi.org/10.1038/s41563-025-02263-1