澳大利亞悉尼大學(xué)納米研究所 Minh Luu 博士和 Shelley Wickham 博士團隊成功開發(fā)出定制設(shè)計且可編程的納米機器人，可用于部署有針對性的抗癌藥物、制造對環(huán)境作出反應(yīng)的未來材料，并用于創(chuàng)造節(jié)能信號處理。
這一創(chuàng)新成果具有廣泛的應(yīng)用潛力，涵蓋靶向藥物遞送、響應(yīng)性材料以及節(jié)能光信號處理等多個領(lǐng)域。相關(guān)成果已于當(dāng)?shù)貢r間 11 月 27 日刊登在《科學(xué) 機器人》上（IT之家附 DOI: 10.1126/scirobotics.adp2309）。
據(jù)介紹，他們使用了一種被稱作“DNA 折紙”的技術(shù)，利用 DNA 的自然折疊能力來構(gòu)建出全新且實用的生物結(jié)構(gòu)。
作為概念驗證，研究人員制作了 50 多種納米級別的物體模型，包括“納米恐龍”、“跳舞機器人”和 150nm 寬的澳大利亞微縮地圖，相當(dāng)于人類頭發(fā)絲的千分之一。
該研究重點是創(chuàng)建模塊化的 DNA 折紙“體素”（類似于三維空間中的像素），以組裝成更為復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)（像素是二維的，體素是三維的）。
這些可編程納米結(jié)構(gòu)可根據(jù)特定功能需求進行定制，從而迅速生成各種形態(tài)的原型配置。這種靈活性對于開發(fā)能完成合成生物學(xué)、納米醫(yī)學(xué)及材料科學(xué)研究任務(wù)的納米級機器人系統(tǒng)尤為重要。
Wickham 博士表示：“結(jié)果有點像使用 Meccano（兒童工程玩具）或構(gòu)建鏈狀貓窩。但我們用的并非宏觀上的金屬或繩子，而是納米級的生物學(xué)結(jié)構(gòu)，以此構(gòu)建具有巨大潛力的納米機器人。”
Luu 博士表示：“我們創(chuàng)造了一類具有可調(diào)節(jié)性能的新型納米材料，可應(yīng)用于各種應(yīng)用，從響應(yīng)環(huán)境變化的光學(xué)特性變化的適應(yīng)性材料到旨在尋找和摧毀癌細胞的自主納米機器人。”
為了組裝體素，研究團隊通過引入額外的 DNA 鏈至納米結(jié)構(gòu)表面，用作可編程的連接點，實現(xiàn)了對體素間組合方式的精準調(diào)控。
Luu 博士說：“這些位點就像不同顏色的魔術(shù)貼，只有當(dāng)“顏色”（實際上是互補的 DNA 序列）匹配時才能相互連接，從而確保了構(gòu)建過程中結(jié)構(gòu)的準確性和特異性。”
這項技術(shù)的一個重要應(yīng)用，在于制造能將藥物精準遞送至體內(nèi)特定區(qū)域的納米機器人。借助 DNA 折紙技術(shù)，科學(xué)家能夠設(shè)計出對特定生物信號敏感的納米載體，保證藥物在預(yù)定的時間與地點釋放，極大提升了治療效果的同時減少了副作用。
除了藥物遞送，研究人員還在探索開發(fā)能對外界刺激作出反應(yīng)的新材料。這類材料能夠根據(jù)負載變化、溫度或酸堿度等因素調(diào)整自身屬性，有望影響醫(yī)療、計算和電子等多個行業(yè)。
Wickham 博士表示：“這項工作使我們能夠想象出這樣一個世界，在這里，無論是治療人體還是構(gòu)建未來的電子設(shè)備，納米機器人都能夠勝任。”
