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唤醒分子“蜘蛛侠”美研制出可编程的分子机器

  唤醒分子“蜘蛛侠”美国开发了一种可编程的分子机器人

  科技日报\\ 2010年5月5日星期五5月14日星期五
本刊记者刘霞日报网址:美国研究人员在分子机器人研究方面取得了重大突破。他们编写了一个由DNA(DNA)制成的分子机器人,将其沿着DNA轨道移动,来回移动并停止。这种技术进步可能会让科学家最终创造类似变形金刚的分子级自组装机器人来完成不同的任务。相关研究发表在5月13日的“自然”杂志上。几年前,美国哥伦比亚大学(Columbia University)的米兰·斯托 - 雅诺夫(Milano Stowe-Janowev)开发出了“蜘蛛”分子机器人,科学家们证明它能够在二维表面随机行走。而现在,斯托伊·雅诺维奇(Stoy Janovich)领导的团队被编程沿着特定的轨道前进。这种发展的力量是,一旦编程,机器人就可以自动执行任务,无需人工干预。研究人员表示,分子机器人的优势可以与传统机器人的优势相媲美:理论上,分子机器人可以被编程为感知环境(例如,参见细胞是否显示疾病迹象),做出决定(决定细胞是否是癌细胞,中和它等)并采取行动(提供杀死癌症的药物)。另外,科学家可以编程将多个3分子机器人组装成复杂的分子产品。尽管分子机器人具有广阔的应用前景,但分子机器人面临的真正问题之一是如何对分子进行编程,使其能够执行复杂的任务。研究人员说,普通的机器人包含很多命令相关的信息,但是单个分子的信息存储有限,所以他们考虑在分子环境中填充线索。他们用DNA折纸创造了一个编程环境。新研究中使用的“折纸”是厚度约2纳米,边长约10纳米的长方体。 DNA折纸是近年来提出的一种新的DNA自组装方法。它由加州理工学院教授兼高级研究员Paul Roseman开发。 DNA折纸是DNA纳米技术和DNA自组装的一个新领域一个重大发展。与传统的DNA自组装技术不同,DNA Origami通过碱基互补长链DNA单链(通常是基因组DNA)和一系列设计的短DNA片段模式或结构来控制纳米结构的高度复杂形成。通过将几个单链DNA分子(寡核苷酸)串联在一起,研究人员在DNA的折纸上放置了一个分子“面包屑”的球,这些分子的“面包屑”,“分子机器人”“蜘蛛侠”将沿着轨道前进,走路,左转,右转或停止,研究人员解释说,蜘蛛侠是一个四英尺的分子机器人,其中三条腿由单链DNA组成,可以附着和切割一个特定的蜘蛛侠还组装了一个“起始片段”,它的第四条腿,将蜘蛛侠限制在原始位置,作为DNA折纸轨道上的特定寡核苷酸,当蜘蛛侠被触发器触发时,可以通过连接和切割剩余的分子轨道来跟踪轨道,最后,蜘蛛侠遇到一组可以附着但不能切割的DNA时自动停止,简而言之,“蜘蛛侠”是一个可以感知环境的机器人ENT。尽管以前科学家已经开发出许多其他的DNA漫步者,但这些分子机器人从来没有采取过三个步骤,而蜘蛛侠可以在大约50个步骤中步行100纳米左右。研究人员说,分子机器人走得这么远并不奇怪,事实证明,蜘蛛侠可以采取数百步的步骤,研究的意义在于,我们不仅可以确保“蜘蛛侠”实际上,使用原子力显微镜和单分子荧光显微镜,研究人员能够直接观察蜘蛛侠在折纸上爬行的过程,这表明他们确实把蜘蛛侠引向了四个进步的方向,在现在的制度下,“蜘蛛侠”只能和周围的人“说话”,希望能够增加第二个“蜘蛛侠”两个分子机器人可以直接通信,共同完成一个任务,研究人员也表示这个进展也将是自组装机器人的基础,复杂的自组装机器人由许多可以自组织的简单组件组成变成任何形状来完成复杂的任务,也可以在碎片中自我修复。这样的分子机器人将来在医学领域会有很大的不同,比如让蜘蛛侠把药物带入体内,根据人体环境释放不同剂量和类型的药物。 Stornow Novik表示,虽然该技术的应用前景非常诱人,但是可能需要几十年的时间才能实现,但是现在的研究已经走上正轨,分子纳米级机器人将成为未来发展的趋势。
 

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