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DNA机器人进化!几分钟造出复杂结构纳米设备,进入你的身体执行任务

最近,科学家通过设计一种独特的工具,朝着科幻片的场景迈出了重要的一步,该工具可以在短短的时间内生产出更为复杂的DNA机器人和纳米设备。

作者:大数据文摘|2021-04-30 13:45

大数据文摘作品

作者:Mickey

科幻片中总有这样的场景:微型机器人进入我们体内识别有害病原体,并且将药物送到血管或者器官中,治愈疾病。

最近,科学家通过设计一种独特的工具,朝着科幻片的场景迈出了重要的一步,该工具可以在短短的时间内生产出更为复杂的DNA机器人和纳米设备。

4月19日发表在《自然材料》杂志上的一篇论文中 ,来自俄亥俄州立大学的科学家发布了一款名为MagicDNA的独特软件。

论文链接:https://go.nature.com/3vtBXfR

利用微小DNA链,几分钟内生产出纳米机器人

MagicDNA可以帮助科学家开发一种可以利用微小DNA链的技术,这种技术可以将DNA链组合起来,变成成具有铰链和转子等组织的复杂结构,这些组件可以进入我们的身体执行各种任务,包括药物输送。

DNA已被用于制造纳米器件,其在医学、纳米制造、合成生物学、生物传感和生物物理学等众多领域得到了广泛应用。但是,当前的DNA纳米器件主要依赖于几何设计,因此合理设计功能特性(如力响应或致动行为)仍然具有挑战性。

俄亥俄州立大学机械与航空工程学研究助理教授卡Carlos Castro说,多年来,科学家们一直在使用繁琐的手动步骤和较慢的设备来进行此操作 。

Castro称:“有了这一技术,我们能够在几分钟内生产出纳米’机器人’,不用再花费几天的时间了。”

而且现在,科学家们制造出来的是更复杂、更有价值的纳米设备。俄亥俄州立大学机械与航空航天工程学教授Hai-Jun Su表示:“我们可以开发多达六个不同部件的工具,并将它们与铰链和关节结合起来,并尝试执行复杂的运动。” “使用此软件,开发具有多达20个更易于控制的零件的机器人或其他设备并非没有挑战。开发出一种能够执行听从复杂操作指令的纳米设备是非常重要的一步。”

用MagicDNA软件创建的机械手纳米设备。资料来源:俄亥俄州立大学

该软件具有许多优点,可以帮助专家设计出更好,更有效的纳米设备,并且科学家希望缩短其日常使用的时间。

3D模式下完整设计纳米机器人,模拟工作效果

这一软件一项非常酷炫的功能是,可以让科学家真正地以3D方式进行完整的设计。以前类似设备的设计仅支持2D创作,这迫使科学家将其创作转化为3D方式。

该软件还允许设计人员创建“自上而下”或“自下而上”的DNA结构。

在“自上而下”的设计中,科学家们可以决定如何对整个设备进行几何造型,以获取适当的DNA链,然后自动将DNA链组合在一起。但是他们也可以采用“自下而上”的方法,研究人员采用特定的DNA链并选择如何将其组织成所需的结构,从而可以对本地设备的属性和结构进行精细控制。该软件的另一个重要组成部分是,它可以模拟设计的DNA工具在现实世界中的移动和工作方式。

Castro称:“随着这些结构的复杂化,要准确地预测它们的外观以及它们将如何发挥作用是具有挑战性的。” “因此,在虚拟环境中模拟这些工具是如何工作的非常有必要,这能够节省我们不少时间。”

论文合著者Anjelica Kucinic是俄亥俄州立大学生物分子和化学工程博士学位的学者,他指导了该软件许多纳米结构的创建。

他们建造的一些工具包括带有爪子的机械臂,这些机械臂能够抓起较小的物体,还有看起来像飞机的一百纳米大小的结构。Castro说,制造更复杂的纳米器件的能力表明,它们可以做更多有益的事情,而且可以用一种工具执行各种任务。

例如,创建可以在血液中工作,发现特定细菌的DNA机器人。

“更复杂的‘机器人’不仅可以发现正在发生的错误,还可以通过释放药物或捕获病原体来做出医学治疗。” “我们的主要目标是开发对刺激做出选择性反应或以某种方式运动的机器人。”

Castro表示,他认为接下来的几年中,MagicDNA软件将在研究实验室和大学中使用,并且会发挥更为重要的作用。

他说:“ DNA纳米技术将在商业上越来越流行。” “我相信在未来的五到十年内,DNA纳米设备将商业化落地,我们相信该软件将有助于加速这一发展。”

素材参考:

https://robologiclab.com/magicdna-complex-tiny-dna-robots-produced-in-minutes/amp/https://github.com/cmhuang2011/MagicDNAhttps://mobile.twitter.com/chaominhuang1

【本文是51CTO专栏机构大数据文摘的原创译文,微信公众号“大数据文摘( id: BigDataDigest)”】

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【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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