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            未來給你做手術的也許是DNA納米機器人

            文章來源:科技日報 作者:【*】 點擊:次 時間:2020/12/9 9:09:21

            未來給你做手術的也許是DNA納米機器人

            未來給你做手術的也許是DNA納米機器人

              目前在很多領域,智能機器人已經可以幫人類完成高危、高難的工作。如今的機器人已不再只是“鋼鐵戰士”,生命基本物質——DNA(脫氧核糖核酸)賦予納米機器人“血肉之軀”。


              這種“麻雀雖小五臟俱全”的DNA機器人,能在納米尺度上執行任務,因此它可以在人體細胞內發揮作用,這也讓很多科研人員看到了其在醫療領域的廣闊前景。在11月1日舉行的第三屆世界頂尖科學家論壇科學前沿話題講堂上,中科院院士、上海交通大學化學化工學院教授樊春海圍繞DNA制成的納米級機器人做了專題報告,表達了其對DNA機器人治療疾病的樂觀設想。他認為,總有一天,基于DNA的機器、基于DNA的自組裝機器、基于DNA的納米機器人,可用來治療人類疾病。


              框架核酸提升DNA機器人“智能”


              “DNA納米機器人最核心的技術就是DNA折紙技術,在此基礎之上,融合了一些可調控的機制,使得DNA不止能被折成各種結構,還具有了動態的機械功能,從而可以被稱為‘機器人’。”天津大學化工學院教授、博士生導師齊浩介紹,雖然DNA納米機器人不同于傳統意義上的電子機器人,但之前能構建的生物分子都沒有這些動態的功能,而DNA折紙技術幫助實現了分子的自組裝,因此能賦予它一些動態調控的功能,使之更智能。


              “不同形式的DNA結構也被稱為框架核酸。通過DNA折紙技術,將連成片的DNA當作‘紙’,經過設計和堆疊,構建出自己想要的模樣,實現了人工設計自組裝核酸結構。這種折出來的框架核酸,具有可編程的尺寸、形狀和機械性能。有了這些DNA框架結構,科學家就可以在納米范圍內精確地組織小分子,使其成為架構納米藥物的有效平臺。”齊浩介紹,通過DNA折紙技術,就可以搭建出機器人的“骨架”。


              和傳統的DNA相比,DNA框架具有更穩定的結構,不容易被體內的外切酶降解,從而更加準確有效地進入細胞,向人體內遞送靶向藥物。


              框架核酸可以賦予機器人一些動態功能,而且這些功能是可控的。“DNA機器人可以實現很多功能,比如DNA行走、識別、結構開合等,這些技術都是通過DNA的序列設計技術來實現的。而序列設計是基于DNA鏈和鏈之間的識別來控制配對。”齊浩舉例說,比如DNA機器人行走,就是根據核苷酸的堿基互補配對原則,A、T、C、G這4種堿基能夠兩兩連接,形成雙鏈。利用這個原理,設計特殊序列的DNA“樁”,這些DNA“樁”就像是DNA機器人前進路上用來踩踏的磚頭。當機器人一只腳踏上正確的“樁”時腿部會快速進行堿基配對,另一只腳隨機選擇一塊正確的“樁”,踏出下一步,踩著之前樁子的那只腳就變自由了。


              “其實很多高分子材料都能做出動態功能,比如溫度、硬度變化,材料也能‘動’起來,實現智能化。但之所以DNA用來做機器人引起這么多關注,是因為DNA折紙可以在這么小的尺度折出更復雜的結構,使得DNA機器人的可控精度、靈敏度更高。”齊浩介紹,目前DNA序列設計技術發展很快,出現了很多軟件,可以精準設計出DNA鏈和鏈之間相互識別、作用的序列。


              能與更多物質結合實現更復雜功能


              “最開始研究DNA折紙,主要是通過DNA折紙和組裝,做出一個結構,從而來實現各種功能。現在越來越多的科研人員,讓DNA與生物酶等其他分子結合在一起,以實現更復雜的功能。”齊浩舉例說,就像去年,有科研人員在DNA折紙技術基礎上,固定納米金、生物酶,并且精準控制。相當于把DNA折紙做成分子生物芯片,而后固定各種生物元件,以實現更復雜的分子功能。

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