DNA研究因分子纳米尺度运动捕捉难度大而面临挑战。伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校研究人员，一直致力于解决分子生物学尤其是基因研究领域中，如何拍摄高分辨率DNA图像以促进研究这一难题。

该校物理学教授阿列克谢·阿克西门捷夫和库什·科希奇博士，利用包括美国国家超级计算中心(NCSA)的Delta超级计算机在内的多种计算资源做出重要贡献。他们一方面要创建捕捉DNA分子运动的“相机”，另一方面要创建可预测引导DNA链运动的环境。阿克西门捷夫称：“我们试图解决的根本问题是，设计DNA结构的能力与预测和控制其在二维表面上运动的能力存在差距。”

团队依靠大规模、微秒级的分子动力学模拟计算建模原子相互作用并验证实验装置。研究发现，DNA在某些表面可直立，团队利用单层原子级厚度的石墨烯薄片制造“DNA相机”，命名为GETvNA。Coshic解释，GETvNA方法基于德国慕尼黑大学Tinnefeld实验室发现，即双链DNA在石墨烯上垂直，可通过能量转移检测构象变化，能以埃级空间分辨率和亚秒级时间分辨率捕捉结构动态。该团队实现了埃级分辨率并能实时捕捉事件，对观察DNA损伤修复等过程至关重要，且研究成本低，可使用标准荧光显微镜。

此外，团队发现利用二维材料六方氮化硼(hBN)可引导单链DNA运动。此前研究发现台阶缺陷可引导生物分子，此次揭示hBN表面原子缺陷充当临时捕获位点，可预测控制分子运动，为设计二维纳米流体器件铺平道路。

这两项关于DNA研究的突破影响广泛，为精确控制和引导生物分子进行下一代医疗诊断奠定基础。团队已在两篇论文发表成果，还将继续拓展研究。

更多信息： Dong Hoon Shin 等人，《DNA 在原子级平坦二维材料表面上的扩散》，ACS Nano (2025)。

Alan M. Szalai 等人，《利用荧光显微镜观察垂直排列的 DNA 的单分子动态结构生物学》，《自然方法》(2024)。