科学家开发拓扑编程DNA折纸系统，在单分子尺度实现图形计算

主要观点总结

生物体通过拓扑变换优化局部信息传播，启发生物分子计算设计。华东师范大学裴昊教授与上海交通大学樊春海院士团队研发了一种拓扑编程的DNA折纸系统，通过拓扑变化实现可变形折纸技术，在纳米尺度上构建动态框架，编码信号节点之间的连接方式和网络连通性，实现了图形计算。该研究融合了拓扑学、计算机、分子生物学和化学等多个领域，涉及精巧的分子折纸结构设计和匹配的DNA单分子电路架构。研究展示了信号在三维折纸形状表面上的传播，并基于拓扑变构实现计算网络节点连接模式的变换。该DNA折纸系统具备巨大的应用潜力，特别是在智能分子计算系统开发、药物定向释放、诊断检测、智能纳米材料等方面。樊春海院士团队开始尝试构建人工分子体系来处理分子信息，而裴昊课题组致力于开发具备信息处理能力的人工合成生物分子计算系统。

关键观点总结

关键观点1: 生物体利用拓扑转换优化信号传播，启发分子计算设计。

生物体通过拓扑变换动态重组节点连接，形成适应环境的拓扑模式，从而提升信号传播效率。例如脑网络和染色质的结构特点启发了生物分子计算的设计。

关键观点2: DNA折纸系统实现拓扑编程的动态框架。

裴昊教授和樊春海院士团队研发了一种DNA折纸系统，通过拓扑变化实现动态框架的构建，编码信号节点之间的连接方式和网络连通性，实现了图形计算。

关键观点3: 该研究涉及多学科融合。

该研究融合了拓扑学、计算机、分子生物学和化学等多个领域的知识，展示了高度交叉学科的工作特点。

关键观点4: DNA折纸系统在多个领域具有应用潜力。

DNA折纸系统在智能分子计算系统开发、药物定向释放、诊断检测、智能纳米材料等领域具有巨大的应用潜力。

关键观点5: 研究实现了信号在三维折纸形状表面上的传播。

研究人员展示了信号在三维折纸形状表面上沿着不同方向和曲率的路径传播的能力，这是基于拓扑变构实现计算网络节点连接模式变换的结果。

文章预览

生物体通过拓扑变换动态重组节点连接，形成适应环境的拓扑模式，从而在复杂环境中提升信号传播的效率。 例如，脑网络虽然受限于三维空间，但皮层褶皱将远距离神经元连接起来，提供快速传递信号的捷径。 同样地，染色质折叠将增强子与启动子连接，激活转录因子，精准调控约 2 万个基因的表达。 生物体巧妙利用拓扑转换来优化局部信息传播，这一原理启发了生物分子计算的设计。最近，科学家们在相关计算模型的开发上也取得了新进展。 华东师范大学 裴昊 教授与上海交通大学 樊春海 院士团队共同研发了一种拓扑编程的 DNA 折纸系统。 这种 DNA 纳米结构通过拓扑变化实现的可变形折纸技术，能够在纳米尺度上构建动态框架，从而编码信号节点之间的连接方式和网络连通性，并突破性地在分子尺度实现了图形计算。 “我们构建的 DNA 系统 ………………………………