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科学家开发软件新工具,仅需几分钟就能设计出复杂的DNA微型机器人

   日期:2021-04-21     来源:前瞻经济学人    作者:阿芬     评论:0    
标签: DNA 微型机器人
  科学家们相信,有一天,基于DNA的微型机器人和其他纳米设备将在我们体内输送药物,检测致命病原体的存在,并帮助制造越来越小的电子产品。
 
  研究人员开发了一种新的工具,可以在很短的时间内设计出比以往任何时候都更复杂的DNA机器人和纳米设备,从而朝着这个未来迈出了一大步。
 
  日前发表在《自然材料》杂志上的一篇论文中,俄亥俄州立大学的研究人员——由前工程博士生Chao-Min Huang领导——发布了一款他们称之为MagicDNA的新软件。
 
 
  该软件帮助研究人员设计方法,将微小的DNA链组合成复杂的结构,如转子和铰链等部件可以移动并完成各种任务,包括药物输送。
 
  卡洛斯·卡斯特罗(Carlos Castro)是这项研究的合著者之一,也是俄亥俄州立大学(Ohio State)机械和航空航天工程的副教授,他表示,多年来,研究人员一直在使用较慢的工具和繁琐的手工步骤来完成这项工作。“以前我们可能要花几天时间来设计纳米设备,现在只需要几分钟。”而且现在,研究人员可以制造更复杂、更有用的纳米设备。
 
  俄亥俄州立大学机械和航空航天工程教授、该研究的共同作者Hai-Jun Su表示:“以前,我们可以制造出大约有6个独立部件的设备,并将它们与关节和铰链连接起来,试图让它们执行复杂的运动。”“有了这个软件,制造拥有20多个部件、易于控制的机器人或其他设备并不难。”
 
  这种软件有许多优点,这将帮助科学家设计出更好、更有用的纳米设备,研究人员希望能缩短它们投入日常使用的时间。
 
  它的一个优点是可以让研究人员在3D空间中真正实现整个设计。
 
  该软件还允许设计师“自底向上”或“自顶向下”构建DNA结构。
 
  在“自下而上”设计中,研究人员取单个DNA链,并决定如何将它们组织成他们想要的结构,这允许对局部设备结构和属性进行精细控制。但他们也可以采取“自顶向下”的方法,可以决定整体设备需要如何几何化,然后自动化DNA链如何组合在一起。
 
  Castro说,将两者结合在一起,还可以增加整体几何形状的复杂性,同时保持对单个部件性能的精确控制。
 
  该软件的另一个关键元素是,它可以模拟设计好的DNA装置如何在现实世界中移动和操作。
 
  为了证明这款新软件的能能力,合作者Anjelica Kucinic,俄亥俄州立大学化学和生物分子工程的博士生,带领研究人员制作并表征了许多由软件设计的纳米结构。
 
  他们创造的一些设备包括带有爪子的机器人手臂,可以拿起更小的物品,以及看起来像飞机的100纳米大小的结构(“飞机”比人类头发的宽度小1000倍)。
 
  卡斯特罗说,制造更复杂的纳米设备的能力,意味着它们可以做更有用的事情,甚至可以用一个设备执行多个任务。例如,有一个DNA机器人,在注入血液后,可以检测到某种病原体。“我们希望能够设计出能够对刺激做出特定反应或以特定方式移动的机器人。”
 
  卡斯特罗说,他预计在未来几年,MagicDNA软件将在大学和其他研究实验室中使用。但它的用途在未来可能会扩大。“我认为,在未来5到10年,我们将开始看到DNA纳米设备的商业应用,我们对该软件有助于推动这一应用感到乐观。”
 
  参考来源:https://phys.org/news/2021-04-dna-robots-minutes-days.html
 
  论文链接:https://doi.org/10.1038/s41563-021-00978-5
 
 
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