未来纳米材料：进化与计算的结晶

　　最近，哥伦比亚大学化学工程系与布鲁克海文国家实验室（BNL）科学家合作，开发出一种新的设计方 法：把带有单链DNA（ssDNA）接头的胶体通过互补碱基对的结合，自行拼接组装在一起，这种DNA杂交 会形成有序的胶体晶体，以此可以得到想要的纳米结构材料。

　　将设计框架反过来

　　“DNA拼接纳米粒子的设计很有挑战性，因为许多实验参数在自组装中起着关键作用。”哥伦比亚大学 温卡特·温卡塔萨布拉曼尼亚教授说，“参数空间会变得很大，有很多局部极小值限制，要用尝试法找 到参数空间是非常困难的。”遗传算法（GA）则是逆向设计框架，模仿了自然选择的过程，能更系统地 搜寻参数空间，使设计过程更有效率。

　　另一挑战是可靠的推演模型。研究人员从模拟时间、DNA属性、斥力作用和熵限制等多方面考虑，选择 了更简单的互补接触模型（CCM），并在模型中加入了新参数，如熵贡献和斥力作用，以使它更完善适 用。“CCM在捕捉实验观察主体方面非常成功，能很快算出有效的GA耦合，并在几分钟内对所要求的设 计参数做出预测。”温卡塔萨布拉曼尼亚说，“胶体大小比例、每个纳米粒子中的DNA接头的数量、想 要的晶体结构等，让设计问题变得极为复杂。这些问题很难通过传统途径，如尝试、启发、数学规划等 方法来解决。”