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skill

generate-cadnano

A cadnano-to-CanDo skill for DNA nanostructure design validation and export. It checks scaffold/staple topology, loops, skips, base pairing, and deduplicated crossovers, then generates topology-preser

JLUNBBMS/generate-cadnanocommunitylistedunreviewed
Use skill

Set up

Skills are installed by placing their folder where your agent loads skills.

Download ZIP from GitHub Open the repository

The download comes from github.com/JLUNBBMS/generate-cadnano itself, not from our server, so what you get is exactly what its author published.

Install instructions come from the README

Skills do not use an MCP config. Follow the steps in the README below.

README

synced Oct 25, 2026

generate-cadnano — V3.0.0

生成 cadnano v2 格式的 DNA 折纸 JSON。V3 保留 V2 的 8 个模板，新增 9 个参数化入口。生成器通过 scadnano 导出，再检查拓扑、晶格位点和实际占用几何；失败不交付设计文件。

安装与使用

Python 3.10 或更高版本：

python -m pip install -r requirements.txt
python scripts/check_deps.py
python scripts/template_design.py closed_rectangular_box -o output/box

Skill 安装目录须让入口直接位于 generate-cadnano/SKILL.md，不要多套一层目录。V3 的 Skill 名仍为 generate-cadnano；更新时替换旧安装，避免同时加载同名版本。

构型目录

入口构型与默认值
rectangleV2 矩形板；square，8 helices × 128 bp
squareV2 近正方形板；square，16 helices，约 118 bp
long_stripV2 长条板；square，4 helices × 128 bp
planar_plateV2 宽板；square，24 helices × 128 bp
2_helix_bundleV2 两螺旋束；honeycomb，210 bp
4_helix_bundleV2 四螺旋束；honeycomb，210 bp；开放邻接链
6_helix_bundleV2 六螺旋束；honeycomb，210 bp；含接缝
regular_tubeV2 方形开口管；square，每边 4，总共 16 helices，128 bp
parametric_tubeV3 统一管道入口；默认 square 近圆截面，24 条管壁螺旋，192 bp
square_tubeV3 方形管；square，宽/高计数各 3，共 12 条管壁螺旋，192 bp
rectangular_tubeV3 矩形管；square，宽/高计数 3/4，共 14 条管壁螺旋，192 bp
polygonal_tubeV3 晶格多边形管；默认 square 四边形，24 条管壁螺旋，192 bp
near_circular_tubeV3 近圆管；按指定管壁螺旋数搜索截面，默认 square，24 条，192 bp
capped_square_tubeV3 固定端盖方管；默认双端盖，总长 384 bp，盖厚包络各 128 bp
capped_rectangular_tubeV3 固定端盖矩形管；默认双端盖、宽/高计数 3/4，总长 384 bp
closed_rectangular_boxV3 固定封闭长方体；矩形管壁加上下两个填充端盖，默认尺寸同上
n_helix_bundleV3 可变螺旋数的紧凑束；默认 honeycomb，12 条，210 bp

V2 的参数默认值和路由保持兼容。新管道的两端形式由 --end-style open|one_cap|two_caps 控制；capped 入口不接受 open，closed_rectangular_box 只接受 two_caps。n_helix_bundle 不支持端盖。

固定端盖到底是什么

V3 使用平行螺旋的体素式容器：外周长螺旋形成管壁；内部短螺旋填充底部/顶部；中间的内部螺旋区留空。双端盖的同一内部 helix 列有两个互不重叠的占用区间，它们经管壁接入同一条 scaffold。

这是一体式、有厚度的固定盖，不是六张薄板折叠成的盒子，也没有铰链。DNA 螺旋间仍有纳米尺度间隙，不能称为液密容器。

默认盖厚包络为 128 bp，约 43.52 nm；总长 384 bp，约 130.56 nm；中间空腔的轴向包络为 128 bp。端部会因交叉相位产生台阶，实际占用区间以报告为准。当前不能提供任意薄盖；最小 cap_length 为 96 bp，且不保证所有尺寸组合可解。

V3 参数及限制

参数含义与范围
--num-helices管道：管壁螺旋数；螺旋束：全部螺旋数。端盖会额外增加内部 helix 列，报告分别计数
--bases-per-helix轴向坐标包络，96–4096 bp；并非每条 helix 都完整占用该长度
--width-helices / --height-helicessquare 晶格矩形截面的边计数 w/h，2–32；总管壁数为 2(w+h)
--side-helicesV3 方形的简写：w=h；不能与 width/height 同时指定。V2 regular_tube 保留旧语义与范围
--cross-sectionparametric_tube 可选 square、rectangle、polygon、near_circular
--polygon-sidespolygon 截面的边数；当前支持 square/4 或 honeycomb/6
--end-styleopen：两端开口；one_cap：低坐标端有底；two_caps：上下固定封闭
--cap-length每个盖的轴向包络，96–1024 bp，默认 128；仅带盖时可用
--scaffold-length单条 scaffold 长度预算，默认 7249 nt；不等于分配了 M13 序列

边计数为避免角点重复使用的约定：w=3 的一条边包含两个角点时实际有 4 个 helix 中心。square_tube 要求 w=h；不同边长请用 rectangular_tube。指定 num_helices 和边计数时二者必须一致。

带盖结构必须至少剩下 96 bp 的空腔轴向包络。默认矩形双盖有 14 条管壁 helix、6 条内部 helix 列，总计 20 条；双盖不把同一列重复计为两条。盖厚和内部数量增加都会消耗 scaffold。

两种晶格都支持近圆截面和通用螺旋束。精确矩形只支持 square。规则 honeycomb 六边形壳的管壁数量为 6、18、30、42……；其他数量可尝试 near_circular。三角形、任意边数的直边管并未实现，程序明确拒绝，不会用方管冒充。

闭环要求偶数管壁螺旋，但偶数并不保证可解。近圆截面用有限搜索优化物理径向离散程度，并要求 (最大半径−最小半径)/平均半径不超过 0.5；这是较宽松的离散近似阈值，不是光滑圆柱保证。报告公开实际径向误差。

搜索有预算限制，找不到方案时只能说“本次搜索未找到”，不能证明数学上绝无方案。某些封盖截面的奇偶平衡不能满足单 scaffold 路径；如默认路由模型下 w=h=4 的双盖会拒绝。可调整尺寸，不能自动更改用户参数。

示例

# 原有四螺旋束
python scripts/template_design.py 4_helix_bundle -o output/bundle4

# 32 螺旋近圆开口管
python scripts/template_design.py near_circular_tube --num-helices 32 --lattice honeycomb -o output/round32

# 3/4 边计数的矩形开口管
python scripts/template_design.py rectangular_tube --width-helices 3 --height-helices 4 -o output/rect

# 有底、上方开放的方形容器
python scripts/template_design.py capped_square_tube --end-style one_cap -o output/cup

# 固定顶部和底部的长方体
python scripts/template_design.py closed_rectangular_box --width-helices 3 --height-helices 4 -o output/box

# 统一参数化入口生成同样的矩形双盖结构
python scripts/template_design.py parametric_tube --cross-section rectangle --end-style two_caps -o output/param_box

# 24 螺旋束，不限定为 24 螺旋管
python scripts/template_design.py n_helix_bundle --num-helices 24 -o output/bundle24

python scripts/template_design.py --catalog

使用已有名称会拒绝覆盖。参数错误、搜索无解、预算不足或验证失败都返回非零退出码。

交付文件

  • .full.json：用 cadnano 打开和编辑的主文件。
  • .cando_compact.json：所有解析后 JSON 字段与 full 完全一致，仅去掉空白。
  • .report.json：拓扑与几何验证、坐标、精确占用区间、管壁/总螺旋数、盖厚、链长和交叉数量。

CANDO_INPUT_GENERATED 只表示本地检查和 compact 保真通过。用户自行提交 CanDo，参见 提交指南。

验证和证据

python scripts/test_design.py
python scripts/test_v3.py
python scripts/template_design.py --validate output/box.full.json --lattice square

# 在独立安装 cadnano2 / PyQt6 的环境中：
python scripts/check_cadnano.py output/box.full.json --lattice square

检查包括真实晶格邻接、方向与交叉相位、引用互反、单条 scaffold、20–60 nt staples、每个连续结合域至少 8 nt、配对覆盖、精确多区间占用、实际端盖截面、空腔无堵塞，以及要求的管壁/盖面 staple 接触。每个交叉只按有向 3′ 连接计一次。

--validate 单独检查输入拓扑。构型专属几何检查在生成流程中结合设计参数执行；不能从任意 JSON 自动认定其原始设计意图。插入/删除、非空旧式 loop、自定义路由仍不支持。

可选安装 matplotlib 后，从导出的真实占用数据生成几何预览：

python -m pip install matplotlib
python scripts/preview_geometry.py output/box.full.json output/box.png

预览是未松弛的晶格占用图，不是 CanDo/oxDNA 预测。发布证据见 VALIDATION.md。

科学边界与迁移

结构检查和 cadnano 原生载入可证明已测样本的数据、连接和晶格约束；不能保证物理上无缠结、CanDo 收敛、折叠后的准确三维形状或实验稳定性。生成器不分配序列，也不自动执行 CanDo。浙江大学项目的 24 螺旋管可以作为参数参考，不能声称复刻其未公开路由。

Python API 保留 V2 create_design() 参数位置，新参数为可选关键字。新增构型 occupied_intervals 是按 helix ID 保存的区间列表，支持双盖不连续占用；V2 模板保留原先单区间报告。geometry_validation 在 V3 成功结果中必须为 PASS。详情见 CHANGELOG.md 和 几何规则。

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