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（2024年11月28日）很多人小時(shí)候都玩過拼裝玩具，將一個(gè)個(gè)鏈狀的拼裝件組合起來，最終拼成小動(dòng)物或小房子的形狀。你可曾想過，我們體內(nèi)的DNA在納米機(jī)器人的引導(dǎo)下，也可以如拼裝件一樣被組裝嗎？近日，悉尼大學(xué)納米研究所的研究人員就利用DNA折紙技術(shù)，開發(fā)了定制設(shè)計(jì)和可編程的納米結(jié)構(gòu)，在分子機(jī)器人領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。這一創(chuàng)新方法有望應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，從靶向藥物輸送系統(tǒng)到響應(yīng)性材料和節(jié)能光學(xué)信號(hào)處理。

作為概念驗(yàn)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(jī)器人”以及一個(gè)寬度為150納米、比人類頭發(fā)細(xì)一千倍的迷你澳大利亞。

這一研究成果已發(fā)表在頂級(jí)機(jī)器人學(xué)期刊《科學(xué)機(jī)器人學(xué)》上。該研究使用了“DNA折紙”，即利用生命基本構(gòu)建塊DNA的自然折疊能力，來創(chuàng)造新的、有用的生物結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)聚焦于創(chuàng)建模塊化DNA折紙?bào)w素（像素是二維的，而體素是在三維空間中的表現(xiàn)），這些體素可以組裝成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。這樣一來，這些可編程納米結(jié)構(gòu)就能根據(jù)特定功能進(jìn)行定制，使不同配置的快速原型開發(fā)成為可能，對(duì)開發(fā)能夠在合成生物學(xué)、納米醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)中執(zhí)行任務(wù)的納米機(jī)器人系統(tǒng)至關(guān)重要。

“這個(gè)過程有點(diǎn)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(jié)構(gòu)，來建造具有巨大潛力的機(jī)器人。“研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)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(xué)化學(xué)學(xué)院的博士后研究員呂敏智（Minh Tri Luu）博士表示，這類具有可調(diào)特性的納米材料未來可以被廣泛應(yīng)用，從響應(yīng)環(huán)境變化而改變光學(xué)屬性的適應(yīng)性材料，到設(shè)計(jì)用于尋找并摧毀癌細(xì)胞的自主納米機(jī)器人。”

為了組裝這些體素，團(tuán)隊(duì)將額外的DNA鏈附加到納米結(jié)構(gòu)的外部，新鏈作為可編程的結(jié)合位點(diǎn)。這些位點(diǎn)像是帶有不同顏色的魔術(shù)貼，被設(shè)計(jì)成只有匹配的“顏色”（實(shí)際上是互補(bǔ)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(jié)合，從而創(chuàng)造出可定制的、高度特定的結(jié)構(gòu)。“呂博士表示。

這一技術(shù)最令人興奮的應(yīng)用之一是創(chuàng)造能夠?qū)⑺幬镏苯虞斔偷襟w內(nèi)特定部位的納米機(jī)器人盒子。通過使用DNA折紙技術(shù)，研究人員可以設(shè)計(jì)響應(yīng)特定的生物信號(hào)的納米機(jī)器人，確保藥物只在需要時(shí)和需要的地方釋放。這種靶向方法可以增強(qiáng)癌癥治療的效果，同時(shí)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(yīng)環(huán)境刺激而改變屬性的新材料，以及處理光學(xué)信號(hào)的節(jié)能方法。前者可以將材料設(shè)計(jì)為對(duì)更大的負(fù)載做出響應(yīng)，或根據(jù)溫度或酸堿（pH）變化改變其結(jié)構(gòu)特性，這種響應(yīng)性材料有可能改變醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)業(yè)。后者則可能改進(jìn)圖像驗(yàn)證技術(shù)，通過利用DNA折紙這一獨(dú)特性質(zhì)，系統(tǒng)可以提高光學(xué)信號(hào)處理的速度和準(zhǔn)確性，為醫(yī)學(xué)診斷或安全領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步鋪平道路。

“這項(xiàng)工作讓我們能夠想象一個(gè)世界，納米機(jī)器人可以在更廣闊的領(lǐng)域發(fā)揮作用，從疾病治療，到制造未來的電子設(shè)備。同時(shí)，這項(xiàng)研究也凸顯了跨學(xué)科合作在推動(dòng)科學(xué)發(fā)展中的重要性，我們期待看到這一發(fā)現(xiàn)能夠在健康、材料科學(xué)和能源等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，迎接實(shí)際的挑戰(zhàn)。”威克漢姆博士表示。