科學家們相信，有一天，基于DNA的微型機器人和其他納米設備將在我們體內(nèi)輸送藥物，檢測致命病原體的存在，并幫助制造越來越小的電子產(chǎn)品。
研究人員開發(fā)了一種新的工具，可以在很短的時間內(nèi)設計出比以往任何時候都更復雜的DNA機器人和納米設備，從而朝著這個未來邁出了一大步。
日前發(fā)表在《自然材料》雜志上的一篇論文中，俄亥俄州立大學的研究人員——由前工程博士生Chao-Min Huang領導——發(fā)布了一款他們稱之為MagicDNA的新軟件。
該軟件幫助研究人員設計方法，將微小的DNA鏈組合成復雜的結構，如轉(zhuǎn)子和鉸鏈等部件可以移動并完成各種任務，包括藥物輸送。
卡洛斯·卡斯特羅(Carlos Castro)是這項研究的合著者之一，也是俄亥俄州立大學(Ohio State)機械和航空航天工程的副教授，他表示，多年來，研究人員一直在使用較慢的工具和繁瑣的手工步驟來完成這項工作。“以前我們可能要花幾天時間來設計納米設備，現(xiàn)在只需要幾分鐘。”而且現(xiàn)在，研究人員可以制造更復雜、更有用的納米設備。
俄亥俄州立大學機械和航空航天工程教授、該研究的共同作者Hai-Jun Su表示：“以前，我們可以制造出大約有6個獨立部件的設備，并將它們與關節(jié)和鉸鏈連接起來，試圖讓它們執(zhí)行復雜的運動。”“有了這個軟件，制造擁有20多個部件、易于控制的機器人或其他設備并不難。”
這種軟件有許多優(yōu)點，這將幫助科學家設計出更好、更有用的納米設備，研究人員希望能縮短它們投入日常使用的時間。
它的一個優(yōu)點是可以讓研究人員在3D空間中真正實現(xiàn)整個設計。
該軟件還允許設計師“自底向上”或“自頂向下”構建DNA結構。
在“自下而上”設計中，研究人員取單個DNA鏈，并決定如何將它們組織成他們想要的結構，這允許對局部設備結構和屬性進行精細控制。但他們也可以采取“自頂向下”的方法，可以決定整體設備需要如何幾何化，然后自動化DNA鏈如何組合在一起。
Castro說，將兩者結合在一起，還可以增加整體幾何形狀的復雜性，同時保持對單個部件性能的精確控制。
該軟件的另一個關鍵元素是，它可以模擬設計好的DNA裝置如何在現(xiàn)實世界中移動和操作。
為了證明這款新軟件的能能力，合作者Anjelica Kucinic，俄亥俄州立大學化學和生物分子工程的博士生，帶領研究人員制作并表征了許多由軟件設計的納米結構。
他們創(chuàng)造的一些設備包括帶有爪子的機器人手臂，可以拿起更小的物品，以及看起來像飛機的100納米大小的結構(“飛機”比人類頭發(fā)的寬度小1000倍)。
卡斯特羅說，制造更復雜的納米設備的能力，意味著它們可以做更有用的事情，甚至可以用一個設備執(zhí)行多個任務。例如，有一個DNA機器人，在注入血液后，可以檢測到某種病原體。“我們希望能夠設計出能夠?qū)Υ碳ぷ龀鎏囟ǚ磻蛞蕴囟ǚ绞揭苿拥臋C器人。”
卡斯特羅說，他預計在未來幾年，MagicDNA軟件將在大學和其他研究實驗室中使用。但它的用途在未來可能會擴大。“我認為，在未來5到10年，我們將開始看到DNA納米設備的商業(yè)應用，我們對該軟件有助于推動這一應用感到樂觀。”
參考來源：https://phys.org/news/2021-04-dna-robots-minutes-days.html
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41563-021-00978-5
