DNA機(jī)器人：游走在人體內(nèi)的分子搬運工
DNA機(jī)器人：游走在人體內(nèi)的分子搬運工
2017-09-20 10:24:15 來源：億歐網(wǎng)
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2017-09-20 10:24:15 來源：億歐網(wǎng)
摘要：最近，一項新的研究表明，由DNA組成“胳膊”和“腿”的微型機(jī)器人可以整理并運送分子貨物。新機(jī)器人由三個基本模塊構(gòu)成，每個模塊都是一個DNA片段。這種DNA機(jī)器人可以進(jìn)入人體，對其需要治療的部位運送藥物。
關(guān)鍵詞：
DNA機(jī)器人
最近，一項新的研究表明，由DNA組成“胳膊”和“腿”的微型機(jī)器人可以整理并運送分子貨物。來自加州理工學(xué)院的研究人員說，這種DNA機(jī)器人可以用來在電路中移動納米顆粒，組成治療化合物，并從廢棄物中將分子分離出來，進(jìn)行循環(huán)利用，或者進(jìn)入人體，對其需要治療的部位運送藥物。
“就像機(jī)電機(jī)器人被派送到人類無法到達(dá)的、很遠(yuǎn)的地方一樣。如果我們真正掌握工程分子機(jī)器的方法，那么我們將能夠建立分子機(jī)器人，并把他們送到很小很小的地方，這也是我們?nèi)祟悷o法進(jìn)入的，比如血液里。”該項研究的高級作者兼加州理工學(xué)院生物工程助理教授錢露露表示。
新機(jī)器人由三個基本模塊構(gòu)成，每個模塊都是一個DNA片段。其中一個模塊是“腿”，并有兩只“腳”用于行走；另一個模塊是“胳膊”，并有一只“手”用于抓取貨物；最后一個模塊用于識別具體的交貨地點，并控制貨物的投放。
科學(xué)家讓這個機(jī)器人行走在由DNA折紙制成的58*58的納米圖形上。DNA折紙術(shù)就是將天然DNA單鏈中的長鏈進(jìn)行反復(fù)折疊，并用短鏈加以固定，由此就能繪出方形、星形等一系列對稱的DNA圖形。該研究的主要作者、加州理工學(xué)院的生物工程師Anupama Thubagere表示：“每一個圖形都是由一個DNA長鏈組成，其形狀是由短鏈固定而成。”
每個DNA機(jī)器人的腳都可以與圖形的DNA相結(jié)合。不過，錢露露解釋說，每個機(jī)器人的設(shè)計都是將其中一只腳固定在圖形上，而另一只腳可以自由移動。
當(dāng)隨機(jī)的分子波動導(dǎo)致這個DNA機(jī)器人的自由足碰到圖案時，該自由足就會被鎖住，同時釋放另一只腳。通過這種方式，機(jī)器人可以穿過該圖案。DNA機(jī)器人的腿和腳的長度決定其步伐的大小。
當(dāng)這個DNA機(jī)器人遇到貨物分子被栓到圖案上時，它就會用手將其抓取，一直攜帶到可以交貨的地點。這批貨物由熒光分子組成，因此科學(xué)家可以很容易地追蹤這些分子，并用于標(biāo)記機(jī)器人手上的DNA鏈。
在實驗中，研究人員在圖形上進(jìn)行測試，讓DNA機(jī)器人對隨機(jī)分散在折紙表面的，兩種不同類型的貨物——3個熒光黃色分子和3個熒光粉色分子——進(jìn)行分類，并將這兩種貨物分到兩個特定的位置。研究人員指出，單個機(jī)器人可以在24小時內(nèi)對這些分子進(jìn)行分類，成功率提高了80%，如果增加更多的DNA機(jī)器人將大大縮短交付時間。
這些新的DNA機(jī)器人每走一步需要5分鐘。平均而言，每個機(jī)器人需要大約300步才能完成“貨物排序”任務(wù)，相比于之前的DNA機(jī)器人，步數(shù)有所增加，Thubagere說。
盡管這種新的分子機(jī)器并不是第一個DNA機(jī)器人，但這項工作是“為通用機(jī)器人開發(fā)構(gòu)建模塊的第一步，”錢露露說，“我們展示了一個看似復(fù)雜的任務(wù)——貨物排序，其實很多其他任務(wù)可以通過編程來完成，且只需要用非常簡單的分子來構(gòu)建模塊。這也是第一個使用多個DNA機(jī)器人共同執(zhí)行相同任務(wù)的首個實驗。”
科學(xué)家們注意到，DNA機(jī)器人可以用于運送不同種類的貨物，而且多個機(jī)器人可以并行地分類整理不同的貨物。未來的DNA機(jī)器人也可以擁有多個胳膊和手，從而能攜帶更多的分子。
錢露露說，未來的研究中，可以向這些分子機(jī)器人添加模塊，以幫助它們更快地移動，或者幫助它們標(biāo)記自己所在的位置，并遵循類似于“螞蟻在巢穴和食物之間輕松找到直接路徑”的方法。這樣機(jī)器人就能夠更有效地運輸貨物分子。我們也希望在機(jī)器人之間增加簡單的通訊功能，這樣它們就可以合作執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，就像蜂群一樣。
錢露露希望這項研究工作能激勵更多研究人員開發(fā)模塊化的、自使用的DNA機(jī)器人來完成各種各樣的任務(wù)，從而真正理解構(gòu)建人造分子機(jī)器的工程原理，并使它們像物理機(jī)器人一樣具有可編程性。
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