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（2024年11月28日）很多人小時候都玩過拼裝玩具，將一個個鏈狀的拼裝件組合起來，最終拼成小動物或小房子的形狀。你可曾想過，我們體內的DNA在納米機器人的引導下，也可以如拼裝件一樣被組裝嗎？近日，悉尼大學納米研究所的研究人員就利用DNA折紙技術，開發(fā)了定制設計和可編程的納米結構，在分子機器人領域取得了重大進展。這一創(chuàng)新方法有望應用于多個領域，從靶向藥物輸送系統(tǒng)到響應性材料和節(jié)能光學信號處理。

作為概念驗證，研究人員制作了50多種納米尺度的物體，包括一只“納米恐龍”、一只“跳舞機器人”以及一個寬度為150納米、比人類頭發(fā)細一千倍的迷你澳大利亞。

這一研究成果已發(fā)表在頂級機器人學期刊《科學機器人學》上。該研究使用了“DNA折紙”，即利用生命基本構建塊DNA的自然折疊能力，來創(chuàng)造新的、有用的生物結構。研究團隊聚焦于創(chuàng)建模塊化DNA折紙體素（像素是二維的，而體素是在三維空間中的表現），這些體素可以組裝成復雜的三維結構。這樣一來，這些可編程納米結構就能根據特定功能進行定制，使不同配置的快速原型開發(fā)成為可能，對開發(fā)能夠在合成生物學、納米醫(yī)學和材料科學中執(zhí)行任務的納米機器人系統(tǒng)至關重要。

“這個過程有點像孩子們玩的鏈狀拼裝玩具，但我們使用的是納米尺度的生物結構，來建造具有巨大潛力的機器人。“研究團隊負責人謝莉·威克漢姆（Shelley Wickham）博士解釋道。該研究的第一作者、悉尼大學化學學院的博士后研究員呂敏智（Minh Tri Luu）博士表示，這類具有可調特性的納米材料未來可以被廣泛應用，從響應環(huán)境變化而改變光學屬性的適應性材料，到設計用于尋找并摧毀癌細胞的自主納米機器人。”

為了組裝這些體素，團隊將額外的DNA鏈附加到納米結構的外部，新鏈作為可編程的結合位點。這些位點像是帶有不同顏色的魔術貼，被設計成只有匹配的“顏色”（實際上是互補的DNA序列）才可以連接。“這一創(chuàng)新方法可以精確控制體素如何彼此結合，從而創(chuàng)造出可定制的、高度特定的結構。“呂博士表示。

這一技術最令人興奮的應用之一是創(chuàng)造能夠將藥物直接輸送到體內特定部位的納米機器人盒子。通過使用DNA折紙技術，研究人員可以設計響應特定的生物信號的納米機器人，確保藥物只在需要時和需要的地方釋放。這種靶向方法可以增強癌癥治療的效果，同時將副作用最小。

除了藥物輸送，研究人員還在探索開發(fā)可以響應環(huán)境刺激而改變屬性的新材料，以及處理光學信號的節(jié)能方法。前者可以將材料設計為對更大的負載做出響應，或根據溫度或酸堿（pH）變化改變其結構特性，這種響應性材料有可能改變醫(yī)學、計算機和電子產業(yè)。后者則可能改進圖像驗證技術，通過利用DNA折紙這一獨特性質，系統(tǒng)可以提高光學信號處理的速度和準確性，為醫(yī)學診斷或安全領域的技術進步鋪平道路。

“這項工作讓我們能夠想象一個世界，納米機器人可以在更廣闊的領域發(fā)揮作用，從疾病治療，到制造未來的電子設備。同時，這項研究也凸顯了跨學科合作在推動科學發(fā)展中的重要性，我們期待看到這一發(fā)現能夠在健康、材料科學和能源等領域廣泛應用，迎接實際的挑戰(zhàn)。”威克漢姆博士表示。