在生物中，DNA是所有遺傳信息的存儲單位。正是利用這些信息對蛋白質進行編碼，然后使生物系統(tǒng)能夠根據(jù)生物體的生存功能發(fā)揮作用。DNA的功能由其結構決定：雙鏈螺旋結構是通過將稱為“核苷酸”的特定分子對按特定順序(稱為“序列”)連接而形成的。近幾十年來，DNA納米技術領域的科學家已經(jīng)能夠設計DNA序列，以構建所需的納米結構和微結構，這些結構可用于研究生物分子功能或創(chuàng)建人造細胞系統(tǒng)。

DNA納米技術中序列設計的定制還可以控制和編程DNA分子之間的相互作用。細胞中的分子間相互作用引起各種現(xiàn)象。一種稱為“液-液相分離(LLPS)”的現(xiàn)象-在更稀薄的相中將液體分離成液滴的致密相-在許多生物過程中都起著重要作用。通過DNA納米技術人工誘導的LLPS有助于加深我們對LLPS的適用性的理解，并提供控制生物大分子液滴的方法。

因此，由東京工業(yè)大學的一組科學家由Masahiro Takinoue教授領導，設計了特定的DNA納米結構，以了解DNA序列的影響，并證明在人工設計的DNA納米結構中，LLPS可以控制為LLPS(富DNA相和貧DNA相)。

他們的研究發(fā)表在《科學進展》上，涉及構建稱為“ Y-基序”的Y形DNA納米結構。Y型母題的每一側都包含一個短的粘性末端，該末端與其他“兼容”的粘性末端相互作用(圖1a)。隨著溫度的逐漸降低，科學家發(fā)現(xiàn)Y型基元可逆地團聚形成液滴，然后形成凝膠。

當他們添加另一組構造的，帶有粘性的Y圖案(與上一組不兼容)時，每種類型的Y圖案都會形成兩組液滴。這表明DNA序列可以被定制為僅與相似序列融合。

Takinuoe教授及其團隊隨后創(chuàng)建了一種特殊的DNA結構，可以將不相容的Y-基序橋接在一起。將其加入到Y基序的混合物中，形成了由兩個基序組成的液滴。進一步構建特殊橋DNA結構的可裂解變異體，并隨后添加某種裂解酶，導致液滴分裂(圖1d和2c)，混合液滴分離成Janus形液滴，含有兩種類型的不可混半Y-基序(圖1e和2d)。通過將貨物分子與可與一種Y型基元兼容的DNA鏈綴合，科學家能夠將貨物分子專門定位在液滴的一半上。

因此，科學家們能夠對DNA進行“編程”并“控制”其行為，從而為創(chuàng)建人工反應環(huán)境以研究生物系統(tǒng)和藥物輸送的新技術打開了大門。Takinoue教授解釋說：“生命系統(tǒng)是組織良好的動態(tài)結構，其行為受到生物聚合物(例如DNA)中編碼信息的調(diào)控。我們基于DNA的液-液相分離系統(tǒng)可以為人造細胞的發(fā)展提供新的基礎工程。”

由于可以使用現(xiàn)有的生物工程技術輕松生成精確的DNA序列，因此通過DNA序列操縱物質行為的潛在應用意義深遠。Takinoue教授總結說：“本研究中顯示的相行為可以擴展到可以用DNA修飾的其他材料，這可以使我們設計相并為各種材料創(chuàng)建液滴。此外，我們設想觀察到的大分子的自主行為有一天，這種結構可以用于開發(fā)與活細胞相當?shù)臋C器人分子系統(tǒng)。”