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首次!僅20納米DNA機器人發(fā)布!
2017-09-20
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  一條腿,兩只腳,一條胳膊,一只手,身高僅20納米的DNA機器人正在工作。它每邁一步的距離是6納米,是人類步長的億萬分之一。別看這一步,DNA機器人需要5分鐘來完成。遇到目標“貨物”時,DNA機器人的“手”會抓起,將其放至目的地。
這一研究成果為通用型DNA機器人的應用帶來諸多可能性。可能有一天,它能對垃圾的分子進行分類回收。更科幻些,也許,DNA機器人可以在探測到特定疾病信號時將藥物分子運輸?shù)窖褐谢蚣毎兄付ǖ牡胤?,在極微小的尺度里完成醫(yī)生和普通藥物無法完成的任務。

  什么是DNA機器人?

DNA機器人實則是一個DNA單鏈分子,當它沒有和其他分子結合時,就像“一條軟繩”。

DNA的中文名是脫氧核糖核酸,如人所知,DNA是雙螺旋結構,也就是說是兩條DNA單鏈通過兩兩配對(A-T,C-G)的堿基,形成螺旋狀的梯子似的結構。

  根據(jù)DNA的獨特化學和物理特性,科學家可以對其進行編程。而DNA機器人就是一條具有特定堿基序列的單鏈DNA,它根據(jù)堿基互補配對原則,和周圍的另一條DNA單鏈結合,從而實現(xiàn)二維空間中的“行走”和“分揀”。

DNA機器人是如何工作的?

  作為只有單鏈結構的DNA機器人,它的行走模式更像是一根晃動的彈簧,或是一只蠕動的毛蟲:

 

 

  對DNA機器人進行測試的場所是一個58納米×58納米的大分子表面,上面設置有上百個“樁子”。這些樁子是DNA機器人得以行走的重要幫手。每個樁子實則也是一條DNA單鏈,它們與DNA機器人的“腿”和其中一只“腳”堿基互補。換而言之,機器人DNA會和樁子結合,相當于機器人“踩”在了樁子上。

  但怎么在不同的樁子之間移動呢?別忘了,DNA機器人有兩只腳,當一只腳和樁子結合時,另一只腳是可以自由活動的。隨機的分子波動會使得自由的那只腳“夠”到另一個樁子,進行下一次的配對,實現(xiàn)空間移動。從中,此前的那只腳隨之恢復自由。在這一循環(huán)往復的過程中,DNA機器人可以在沒有能量供應的情況下,進行隨機的移動。

  途中,一旦DNA機器人碰到“貨物”,就會用“手”抓住,帶著貨物一起行走。抓取貨物和行走的原理有異曲同工之妙,貨物實則是連接在一段DNA單鏈上的分子,而這段DNA單鏈又和機器人“手”堿基互補。

  機器人運載著貨物,需要將其放置在目的地。這依賴于示意機器人放下貨物的“信號”,一旦接到這一“命令”,機器人就會遵從。如果一直沒有遇到這一“信號”,機器人就會攜帶貨物保持行走。

  實驗人員測試了DNA機器人分揀兩種熒光分子的表現(xiàn),在24小時內,機器人成功將散布在不同地方的6個熒光分子運輸?shù)街付ǖ攸c。

 

 

 

DNA機器人未來的路

  這個由單鏈 DNA制成的分子機器人,可在納米尺度上執(zhí)行任務,這也是分子機器人領域的重大突破。

 

  與大多數(shù)新生事物相同,DNA機器人的測試目前還并不完善,甚至可能存在與人類DNA相互作用、整合到人類基因組的情況,因此DNA機器人在短時間內并不可能進行人體試驗。


 

 

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