DNA納米機器人可能是未來對你進(jìn)行手術(shù)的人
目前，在許多領(lǐng)域，智能機器人已經(jīng)能夠幫助人類完成高風(fēng)險、高難度的工作。今天的機器人不再只是“鋼鐵兵”。DNA（脫氧核糖核酸）是生命的基本物質(zhì)，賦予納米機器人“血肉之軀”。
這種“麻雀個頭小，五臟俱全”的DNA機器人，可以在納米尺度上執(zhí)行任務(wù)，因此可以在人體細(xì)胞中發(fā)揮作用，這也讓很多研究人員看到了它在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣闊前景。11月1日，中國科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院教授范春海作了以DNA為核心的納米機器人專題報告，表達(dá)了他對DNA機器人治療疾病的樂觀看法。他相信總有一天，基于DNA的機器、基于DNA的自組裝機器和基于DNA的納米機器人可以用來治療人類疾病。
DNA納米機器人的核心技術(shù)是DNA折紙技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，它集成了一些可控的機制，使DNA不僅可以折疊成各種結(jié)構(gòu)，而且具有動態(tài)的機械功能，因此可以稱之為“機器人”，天津大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師齊浩認(rèn)為，雖然DNA納米機器人與傳統(tǒng)的電子機器人，沒有一個生物分子可以被構(gòu)造出這些動態(tài)功能。DNA折紙技術(shù)有助于實現(xiàn)分子的自組裝，賦予其一些動態(tài)控制功能，使其更加智能化。
不同形式的DNA結(jié)構(gòu)也被稱為框架核酸。利用DNA折紙技術(shù)，將DNA片段作為“紙”。經(jīng)過設(shè)計和疊加，可以構(gòu)造出所需的模板，實現(xiàn)自組裝核酸結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計。折疊框核酸具有可編程的尺寸、形狀和機械性能。有了這些DNA框架，科學(xué)家可以在納米尺度上精確地組織小分子，使它們成為構(gòu)建納米藥物的有效平臺。”齊浩介紹，機器人的“骨架”可以通過DNA折紙技術(shù)構(gòu)建。
與傳統(tǒng)DNA相比，DNA框架具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不易被體內(nèi)核酸外切酶降解，能更準(zhǔn)確、更有效地進(jìn)入細(xì)胞，向人體輸送靶向藥物。
框架核酸可以給機器人一些動態(tài)功能，這些功能是可控的DNA機器人可以實現(xiàn)DNA行走、識別、結(jié)構(gòu)開閉等多種功能，這些功能都是通過DNA序列設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)的。序列設(shè)計基于對DNA鏈和控制配對的鏈的識別。”以齊浩為例，他以DNA機器人行走為例。根據(jù)核苷酸互補堿基對的原理，a、t、C、G四個堿基可以成對連接形成雙鏈。利用這一原理，我們可以設(shè)計具有特殊序列的DNA“堆”。這些DNA“堆”就像DNA機器人用來踐踏前進(jìn)道路的磚頭。當(dāng)機器人的一只腳在右邊的“樁”上時，腿會快速地進(jìn)行配對。另一只腳將隨機選擇一個正確的“樁”并踩下一步，踩在前一根柱子上的腳將變?yōu)樽杂伞?/p>
“事實上，很多高分子材料都能產(chǎn)生動態(tài)功能，比如溫度和硬度的變化，材料也能‘動’起來，實現(xiàn)智能化。但是，DNA被用作機器人的原因引起了如此多的關(guān)注，因為DNA折紙可以在如此小的范圍內(nèi)折疊出更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這使得DNA機器人更加可控和靈敏。”齊浩介紹說，目前，DNA序列設(shè)計技術(shù)發(fā)展迅速，能夠準(zhǔn)確設(shè)計相互識別和相互作用的DNA鏈和序列的軟件很多。
