迄今最复杂“DNA机器人”设计仅需几分钟

科技日报北京4月20日电 (记者张梦然)只用短短数分钟而不是数天时间就能完成“DNA机器人”设计,现在科学家在这一领域迈出了巨大一步。据发表在近期英国《自然·材料》杂志上的研究,科学家开发了一种全新设计工具,可以在非常短的时间内就设计出比以往任何时候都复杂得多的“DNA机器人”和纳米设备。在这一研究成果基础上,未来“DNA机器人”将能在人类体内输送药物、检测致命病原体的存在,并且还有可能为其他越来越小的电子产品提供设计思路。

美国俄亥俄州立大学团队近日发布了这款被称之为“MagicDNA”的新软件,该软件可以帮助研究人员升级设计方法,提取超微小的DNA链,将其结合成复杂的结构,并具有诸如转子和铰链之类的部件,这些部件可以移动并完成多种任务,包括人体内药物输送等等。

俄亥俄州立大学机械和航空航天工程专家卡洛斯·卡斯特罗表示,多年以来,科学家一直在用效率较低的工具和繁琐的手工步骤来完成工作,不过现在,原本需要花几天时间才能设计出的纳米设备,只需要几分钟。

研究团队成员亦表示,此前,科学家们可以用大约六个单独的部件制造纳米设备,再用接头和铰链连接起来尝试让它们执行复杂运动。现在凭借全新软件,轻易就制造出20个拥有以上组件的机器人或设备,且还更容易控制。他们认为,这是在设计纳米器件能力上前进的一大步。

这一工具还有两项巨大优点:其一是它允许科学家们在真正三维中完成整个设计,而早期的设计工具只允许在二维中进行创作,再将创作映射到三维中,这也导致此前设计师们无法实现纳米设备的复杂化。

其二是它允许设计师“自下而上”或“自上而下”构建DNA结构;也允许模拟设计的DNA设备在现实世界中的移动和运行。卡斯特罗表示,一般来说随着这些结构变得更加复杂,就很难准确预测它们的样子和行为,而实际上能够模拟设备如何实际运行是至关重要的,否则会浪费很多时间。

研究人员对这项技术充满信心,他们认为在未来5年到10年内,将开始看到DNA纳米器件的商业应用。

总编辑圈点

设计DNA机器人是个精细活,很大程度上,也是个手工活。DNA机器人虽然是人造的,但和自然造物一样复杂。DNA是天然的编码材料,大概和计算机有不解之缘。这次,科研人员开发出了一款神奇的软件,能够大幅度降低设计DNA机器人的难度,还能允许科学家在三维中完成设计。毕竟,平面设计、工业设计都有专用软件,DNA设计领域诞生自己的软件,也是恰逢其时。当设计的时间大幅缩短,或许会有更多DNA机器人,做出更复杂的动作,进入更多应用领域。

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