生物界面上的分子多价相互作用在细胞信号传导、免疫激活等生命过程中发挥着关键作用。具有相同分子式但不同空间构型的立体异构分子往往会产生截然不同的效果，说明分子的方向性在这类相互作用中至关重要。在生物技术领域，基于多价结合的靶标识别系统已经被广泛用于细胞靶向诊断与治疗研究。这类系统通常在人工的无机/有机或生物分子纳米结构上组装多拷贝的配体分子，利用多价效应提高其与靶标受体的亲和力。然而，目前仍不清楚配体分子的方向性如何影响这些人工材料与靶细胞的结合能力。这很大程度上是因为传统的多价配体组装方法缺乏独立精确调控配体方向性的手段。

近日，中国科学院上海高等研究院研究员李江团队利用框架核酸构建了可编程类原子纳米颗粒，实现了对核酸适配体价态和方向的独立控制。近年来，DNA纳米技术的发展为构筑“可编程类原子纳米粒子”（programmable atom-like nanoparticles，或PANs）提供了新的思路。以框架核酸为核心偶联配体分子，其亚纳米级分辨率的定位能力可精确独立控制配体分子的数量与方向，以模拟原子的不同价态与键角。这些类原子可以进一步组装成具有确定构型的类分子结构。在此基础上，本工作构建了一系列具有相同价态但不同方向性的多价核酸适配体分子，并研究了这种方向性对其与靶细胞相互作用的影响。

该工作首先设计合成了具有确定价态（1-4价）的框架核酸类原子。其上伸出的单链DNA可以作为“价键”与的纳米粒子通过碱基互补配对结合为树枝状或者线性的类分子寡聚体结构。研究标明，从四面体框架上不同位点伸出的DNA链具有特定的朝向。因此，利用这一点可以调控这些价键相对于框架核心的方向及其相互之间的键角，形成“邻位”、“对位”等不同的价键排布方式。并且，这种对价键方向的控制是独立于价态的，因此可以通过自下而上的自组装产生具有固定的颗粒数但是不同构型与结构刚性的立体异构体。