在纳米材料的世界里，一条短短的DNA，竟能帮助从复杂的碳纳米管混合物中分离出特定结构的材料。不同碳纳米管看起来相似，导电和发光性质却可能大不相同。找到能够识别它们的DNA序列，是获得高纯度材料、开发纳米器件与传感器的重要一步。然而，怎样找到这样一条DNA，长期以来仍是一场“大海捞针”：研究者往往需要合成大量序列，逐一测试，再从中寻找有效的组合。二十多年来，人们已经发现不少具有识别能力的DNA，但如何依据分子结构设计出新的有效序列，始终是一个难题。破解这一难题的线索，藏在DNA的缠绕结构中。一些DNA包覆碳纳米管时，会形成有序的螺旋，碱基之间通过氢键相互连接，稳定整个网络。它就像一座微型“分子建筑”：缠绕方式决定基本框架，关键位置的氢键提供结构支撑。如何将这些结构规律转化为“分子图纸”，进而从头设计能够识别碳纳米管的DNA序列，是该领域长期面临的一项挑战。本文提出基于氢键网络的DNA从头设计方法。将这些“建筑规则”转化为计算机能够执行的设计程序，并用实验检验生成的序列：150条设计序列中，137条能够用于碳纳米管的手性选择性分离，成功率达到91.3%，最终获得21种不同的单手性碳纳米管。进一步研究还表明，这张“分子图纸”能够指导DNA缠绕结构的调节，进而改变材料对外界分子的传感表现，让DNA与碳纳米管的组合有了更清晰的设计依据。
https://doi.org/10.1021/jacs.6c11726