【未来给你做手术的也许是DNA纳米机器人】
目前在很多领域， 智能机器人已经可以帮人类完成高危、高难的工作 。 如今的机器人已不再只是“钢铁战士”， 生命基本物质——DNA（脱氧核糖核酸）赋予纳米机器人“血肉之躯” 。
这种“麻雀虽小五脏俱全”的DNA机器人， 能在纳米尺度上执行任务， 因此它可以在人体细胞内发挥作用， 这也让很多科研人员看到了其在医疗领域的广阔前景 。 在11月1日举行的第三届世界顶尖科学家论坛科学前沿话题讲堂上， 中科院院士、上海交通大学化学化工学院教授樊春海围绕DNA制成的纳米级机器人做了专题报告， 表达了其对DNA机器人治疗疾病的乐观设想 。 他认为， 总有一天， 基于DNA的机器、基于DNA的自组装机器、基于DNA的纳米机器人， 可用来治疗人类疾病 。
框架核酸提升DNA机器人“智能”
“DNA纳米机器人最核心的技术就是DNA折纸技术， 在此基础之上， 融合了一些可调控的机制， 使得DNA不止能被折成各种结构， 还具有了动态的机械功能， 从而可以被称为‘机器人’ 。 ”天津大学化工学院教授、博士生导师齐浩介绍， 虽然DNA纳米机器人不同于传统意义上的电子机器人， 但之前能构建的生物分子都没有这些动态的功能， 而DNA折纸技术帮助实现了分子的自组装， 因此能赋予它一些动态调控的功能， 使之更智能 。
“不同形式的DNA结构也被称为框架核酸 。 通过DNA折纸技术， 将连成片的DNA当作‘纸’， 经过设计和堆叠， 构建出自己想要的模样， 实现了人工设计自组装核酸结构 。 这种折出来的框架核酸， 具有可编程的尺寸、形状和机械性能 。 有了这些DNA框架结构， 科学家就可以在纳米范围内精确地组织小分子， 使其成为架构纳米药物的有效平台 。 ”齐浩介绍， 通过DNA折纸技术， 就可以搭建出机器人的“骨架” 。
和传统的DNA相比， DNA框架具有更稳定的结构， 不容易被体内的外切酶降解， 从而更加准确有效地进入细胞， 向人体内递送靶向药物 。
框架核酸可以赋予机器人一些动态功能， 而且这些功能是可控的 。 “DNA机器人可以实现很多功能， 比如DNA行走、识别、结构开合等， 这些技术都是通过DNA的序列设计技术来实现的 。 而序列设计是基于DNA链和链之间的识别来控制配对 。 ”齐浩举例说， 比如DNA机器人行走， 就是根据核苷酸的碱基互补配对原则， A、T、C、G这4种碱基能够两两连接， 形成双链 。 利用这个原理， 设计特殊序列的DNA“桩”， 这些DNA“桩”就像是DNA机器人前进路上用来踩踏的砖头 。 当机器人一只脚踏上正确的“桩”时腿部会快速进行碱基配对， 另一只脚随机选择一块正确的“桩”， 踏出下一步， 踩着之前桩子的那只脚就变自由了 。
“其实很多高分子材料都能做出动态功能， 比如温度、硬度变化， 材料也能‘动’起来， 实现智能化 。 但之所以DNA用来做机器人引起这么多关注， 是因为DNA折纸可以在这么小的尺度折出更复杂的结构， 使得DNA机器人的可控精度、灵敏度更高 。 ”齐浩介绍， 目前DNA序列设计技术发展很快， 出现了很多软件， 可以精准设计出DNA链和链之间相互识别、作用的序列 。
能与更多物质结合实现更复杂功能
“最开始研究DNA折纸， 主要是通过DNA折纸和组装， 做出一个结构， 从而来实现各种功能 。 现在越来越多的科研人员， 让DNA与生物酶等其他分子结合在一起， 以实现更复杂的功能 。 ”齐浩举例说， 就像去年， 有科研人员在DNA折纸技术基础上， 固定纳米金、生物酶， 并且精准控制 。 相当于把DNA折纸做成分子生物芯片， 而后固定各种生物元件， 以实现更复杂的分子功能 。
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