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11月28日，澳大利亞悉尼大學(xué)納米研究所 Minh Luu 博士和 Shelley Wickham 博士團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出定制設(shè)計(jì)且可編程的納米機(jī)器人，可用于部署有針對(duì)性的抗癌藥物、制造對(duì)環(huán)境作出反應(yīng)的未來(lái)材料，并用于創(chuàng)造節(jié)能信號(hào)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(hào)處理等多個(gè)領(lǐng)域。相關(guān)成果已于當(dāng)?shù)貢r(shí)間 11 月 27 日刊登在《科學(xué)?機(jī)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(chēng)作“DNA 折紙”的技術(shù)，利用 DNA 的自然折疊能力來(lái)構(gòu)建出全新且實(shí)用的生物結(jié)構(gòu)。

作為概念驗(yàn)證，研究人員制作了 50 多種納米級(jí)別的物體模型，包括“納米恐龍”、“跳舞機(jī)器人”和 150nm 寬的澳大利亞微縮地圖，相當(dāng)于人類(lèi)頭發(fā)絲的千分之一。

該研究重點(diǎn)是創(chuàng)建模塊化的 DNA 折紙“體素”(類(lèi)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(jìn)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(duì)于開(kāi)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(jí)機(jī)器人系統(tǒng)尤為重要。

Wickham 博士表示：“結(jié)果有點(diǎn)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(jí)的生物學(xué)結(jié)構(gòu)，以此構(gòu)建具有巨大潛力的納米機(jī)器人。”

Luu 博士表示：“我們創(chuàng)造了一類(lèi)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(xì)胞的自主納米機(jī)器人。”

為了組裝體素，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)體素間組合方式的精準(zhǔn)調(diào)控。

Luu 博士說(shuō)：“這些位點(diǎn)就像不同顏色的魔術(shù)貼，只有當(dāng)“顏色”(實(shí)際上是互補(bǔ)的 DNA 序列)匹配時(shí)才能相互連接，從而確保了構(gòu)建過(guò)程中結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和特異性。”

這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用，在于制造能將藥物精準(zhǔn)遞送至體內(nèi)特定區(qū)域的納米機(jī)器人。借助 DNA 折紙技術(shù)，科學(xué)家能夠設(shè)計(jì)出對(duì)特定生物信號(hào)敏感的納米載體，保證藥物在預(yù)定的時(shí)間與地點(diǎn)釋放，極大提升了治療效果的同時(shí)減少了副作用。

除了藥物遞送，研究人員還在探索開(kāi)發(fā)能對(duì)外界刺激作出反應(yīng)的新材料。這類(lèi)材料能夠根據(jù)負(fù)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(jì)算和電子等多個(gè)行業(yè)。

Wickham 博士表示：“這項(xiàng)工作使我們能夠想象出這樣一個(gè)世界，在這里，無(wú)論是治療人體還是構(gòu)建未來(lái)的電子設(shè)備，納米機(jī)器人都能夠勝任。”