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首次!僅20納米DNA機(jī)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(jī)器人正在工作。它每邁一步的距離是6納米,是人類步長(zhǎng)的億萬(wàn)分之一。別看這一步,DNA機(jī)器人需要5分鐘來(lái)完成。遇到目標(biāo)“貨物”時(shí),DNA機(jī)器人的“手”會(huì)抓起,將其放至目的地。
這一研究成果為通用型DNA機(jī)器人的應(yīng)用帶來(lái)諸多可能性。可能有一天,它能對(duì)垃圾的分子進(jìn)行分類回收。更科幻些,也許,DNA機(jī)器人可以在探測(cè)到特定疾病信號(hào)時(shí)將藥物分子運(yùn)輸?shù)窖褐谢蚣?xì)胞中指定的地方,在極微小的尺度里完成醫(yī)生和普通藥物無(wú)法完成的任務(wù)。

  什么是DNA機(jī)器人?

DNA機(jī)器人實(shí)則是一個(gè)DNA單鏈分子,當(dāng)它沒(méi)有和其他分子結(jié)合時(shí),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(jié)構(gòu),也就是說(shuō)是兩條DNA單鏈通過(guò)兩兩配對(duì)(A-T,C-G)的堿基,形成螺旋狀的梯子似的結(jié)構(gòu)。

  根據(jù)DNA的獨(dú)特化學(xué)和物理特性,科學(xué)家可以對(duì)其進(jìn)行編程。而DNA機(jī)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(bǔ)配對(duì)原則,和周圍的另一條DNA單鏈結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)二維空間中的“行走”和“分揀”。

DNA機(jī)器人是如何工作的?

  作為只有單鏈結(jié)構(gòu)的DNA機(jī)器人,它的行走模式更像是一根晃動(dòng)的彈簧,或是一只蠕動(dòng)的毛蟲:

 

 

  對(duì)DNA機(jī)器人進(jìn)行測(cè)試的場(chǎng)所是一個(gè)58納米×58納米的大分子表面,上面設(shè)置有上百個(gè)“樁子”。這些樁子是DNA機(jī)器人得以行走的重要幫手。每個(gè)樁子實(shí)則也是一條DNA單鏈,它們與DNA機(jī)器人的“腿”和其中一只“腳”堿基互補(bǔ)。換而言之,機(jī)器人DNA會(huì)和樁子結(jié)合,相當(dāng)于機(jī)器人“踩”在了樁子上。

  但怎么在不同的樁子之間移動(dòng)呢?別忘了,DNA機(jī)器人有兩只腳,當(dāng)一只腳和樁子結(jié)合時(shí),另一只腳是可以自由活動(dòng)的。隨機(jī)的分子波動(dòng)會(huì)使得自由的那只腳“夠”到另一個(gè)樁子,進(jìn)行下一次的配對(duì),實(shí)現(xiàn)空間移動(dòng)。從中,此前的那只腳隨之恢復(fù)自由。在這一循環(huán)往復(fù)的過(guò)程中,DNA機(jī)器人可以在沒(méi)有能量供應(yīng)的情況下,進(jìn)行隨機(jī)的移動(dòng)。

  途中,一旦DNA機(jī)器人碰到“貨物”,就會(huì)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(shí)則是連接在一段DNA單鏈上的分子,而這段DNA單鏈又和機(jī)器人“手”堿基互補(bǔ)。

  機(jī)器人運(yùn)載著貨物,需要將其放置在目的地。這依賴于示意機(jī)器人放下貨物的“信號(hào)”,一旦接到這一“命令”,機(jī)器人就會(huì)遵從。如果一直沒(méi)有遇到這一“信號(hào)”,機(jī)器人就會(huì)攜帶貨物保持行走。

  實(shí)驗(yàn)人員測(cè)試了DNA機(jī)器人分揀兩種熒光分子的表現(xiàn),在24小時(shí)內(nèi),機(jī)器人成功將散布在不同地方的6個(gè)熒光分子運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)。

 

 

 

DNA機(jī)器人未來(lái)的路

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

 

  與大多數(shù)新生事物相同,DNA機(jī)器人的測(cè)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(jī)器人在短時(shí)間內(nèi)并不可能進(jìn)行人體試驗(yàn)。


 

 

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