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可识别与分拣分子的DNA纳米机器人

发布时间:2017-09-21 13:53:02  |  来源:环球网  |  作者:   |  责任编辑:科学频道

近日,著名杂志Science发表一项新的研究,来自加利福尼亚理工学院的华裔科学家钱璐璐及其团队研发的DNA机器人诞生了。这项具有由DNA制成的微型机器人,具备分拣、搬运分子货物的能力。钱璐璐的团队研究人员表示,这样的DNA机器人不仅可以对不同荧光分子进行识别、分拣,并可以将目标分子转运到特殊地点“卸货”,当多机器人协同工作时,准确率更是接近100%。

DNA机器人的发明者钱璐璐表示,“就好像人类把电子机械机器人送到火星等遥远的地方,我们希望有一天可以将DNA机器人送到血液等人类无法到达的微小之处。”

DNA纳米机器人的一小步,却是人类一大步

DNA机器人由三个基本模块组成,分别是:一条“腿”和两只“脚”,这两部分用来行走,一条“胳膊”和一只“手”用于分拣和搬运分子,以及一个在抵达目的地后示意放下分子的“信号”。其中每个模块都是DNA的简短片段。

DNA机器人究竟是如何行走的?

只有单链结构的DNA机器人在行走过程中,其形态更像是一根晃动的弹簧,或者像是一只在蠕动的毛毛虫。

根据核苷酸的碱基互补配对原则,A(adenine,腺嘌呤),T(thymine,胸腺嘧啶),C(cytosine,胞嘧啶),G(guanine,鸟嘌呤)能够两两连接,从而形成双链结构,这是DNA机器人可以行走的基础。

在实验中,科学家设定机器人走在由DNA折纸制成的58×58纳米的钉板上。加州理工学院生物工程师和研究的主要作者Anupama Thubagere说,“每个栓板都是由一大串DNA连接在一起,形成片状的DNA片段。”

研究团队将DNA机器人的腿部和脚设计成所需的长度,比如在实验中,研究人员将其设计为6纳米。通常情况下都只是人类步长的百分之几。

除此之外,在实验中,研究人员还将两种不同的颜料分散在分子表面的不同区域里,随后他们让DNA机器人收集游离在空间中的分子并将分子搬运到原位。

结果表明,DNA机器人在24小时内顺利地将游离的分子归到原位,分别是三个粉红色和三个黄色,没有误差。对此,研究团队表示,若采用更多的DNA机器人,将会大大缩短完成任务的时间。

DNA机器人的未来应用走向何方?

对于此项DNA机器人的面世,来自澳大利亚莫纳什大学 (Monash University)的纳米仿生研究学者Wenlong Cheng表示,“此项技术的应用前景十分广阔,首先受益的将是靶向药物的传递”他解释道,“如果患者患有肿瘤,这种微小的DNA机器人甚至能够完成定位,并操作一台小型‘手术’”。

来自杜克大学(Duke University)的John H. Reif教授在杂志Science文中点评道,“这项研究最卓越的贡献是,他们可以使多个简单的DNA设备同时完成非平凡的任务。这意味着很快这项技术将会被应用在化学合成和纳米医疗中,这很值得我们期待。”

钱璐璐的态度则偏客观冷静,她表示,“我们不会为任何特定的场景应用开发DNA机器人,实验室的目标是希望能够开发一款通用DNA机器人。然而,我希望其他研究人员能将这项技术用于实际的生产应用,如用DNA机器人从人造分子工厂的组成部分合成治疗化学物质,或在垃圾中分拣分子成分进行回收利用。”

文章来源:环球网
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