纳米机器人 DNA机器人

发布时间:2020-02-14 来源: 日记大全 点击:

   或许未来数十年后,成群的DNA机器人能够用来探寻人体病变的信号。      在纽约某个化学实验室的高脚杯里,有只“蜘蛛”正在利用“折纸工艺”铺筑的   “轨道”上蹒跚前行。此“蜘蛛”其实是用DNA――即指挥合成蛋白质的双螺旋链条“编写”而成的微型机器人。
  作为一个机器人,科学家希望这种“蜘蛛”在将来某天可以完成指定的任务,比如为细胞做手术、清除细胞内外的各种垃圾等。目前,不需要任何外界的电池或其它驱动,只通过吸收天然DNA之间相互作用的能量,DNA机器人就可以自我调整,独立行走。
  哈佛大学生物化学家威廉?什荷说,“随着分子学的发展,人们已经接近对分子的行为进行编程。正如电子器件从最初的计算器到如今的iPhone4一样,我们的目标是研发出精密的DNA机器人,它们可以感知周围环境、在不伤害健康细胞的情况下去除病死组织。”
  当前,最先进的DNA机器人形似蜘蛛,有3到4只腿,可以在精密折叠的DNA轨道上行走。有些机器人可以走到50步,而有些扭动着胳膊,甚至可以在沿途捎带几个纳米颗粒。
  要DNA蜘蛛控制世界还为时尚早,它们还是蹒跚学步的孩子,只能实验性地在充满分子的环境里走两步,而且还得科学家为其铺设专门的轨道。
  不过总有一天,它们的功能将不可限量。它们将在极小的尺度上进行工作,而这些尺度对于宏观的实验仪器来说,根本难以企及。DNA机器人也将发现人体癌变细胞,利用自身携带的纳米手术刀,它们就可以完成癌症的治疗。
  
  那么,什么原理让DNA机器人动起来呢?
  
  通常情况下,细胞内的DNA以双螺旋结构存在,也是所有生命形态的密码,它稳定且惰性,只有在制造蛋白质的过程中才会弯曲。如今科学家发现,DNA的基本组成单元即A、T、G和C四种碱基,由于A和T配对并吸引,而G和c也同样吸引,所以利用特殊的编程,就可以实现两条DNA链条――像两条腿一样,分离――合并,合并―分离……就像人走路一样。
  还有必不可少的一点,那就是DNA机器人必须走在特殊的路上――通过折纸工艺编制的DNA面上,或称DNA折纸。DNA折纸由加州理工学院合成分子生物学家保罗-罗斯穆德所创。2006年,罗斯穆德利用一列DNA长链,来回折叠嵌套,直到出现二维的DNA折纸:纳米三角,五角星,甚至是笑脸形状。
  DNA折纸为机器人提供了绝好的轨道,利用这个二维的平面,科学家就可以为机器人编程,用来控制它的行动。但目前的情况并不令人乐观,因为当DNA机器人爬过折纸之后,折纸则被撕裂而废弃,所以机器人只能向前,不能后退,而折纸也不能重复使用。
  不过科学家对此充满信心,有人指出,总有一天DNA机器人可以脱离人造折纸,穿越细胞膜,在细胞内外环境行走自如。它们将有能力和不同的分子进行配合,从而实现自由行走。
  对于DNA机器人的前景,也有些研究人员持怀疑态度,认为对于诸如DNA机器人等纳米机器人的功能,最好不要太过乐观。“科学家能制造出相当于人体大小十亿分之一的可行走机器人,听起来确实诱人,但是利用它来操控纳米元件,以完成各种任务,则显得太过飘渺。”加州理工学院生物工程师奈尔斯,皮尔斯说。
  因此,工程师们正在不遗余力地开展这些纳米机器人的功能实验,以便发现它们的新用途。“有时候,某个领域的成果往往在其它领域大展身手。”皮尔斯说。
  或许未来数十年间,成群的DNA机器人就能够用来探寻人体病变的信号。这些机器人能够相互通信,以联手发现病变组织,且利用某些纳米药粒歼灭病变细胞。

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