【科技】“DNA折叠术”正迅速走向应用 制造纳米级的结构和机器

本篇文章1458字，读完约4分钟

最近，德国慕尼黑工业大学开发了移动手臂的机器人、本能地打开和关闭的书、可开闭的齿轮传动装置、驱动器等新的纳米器件，但还不是重点。 重要的是，这些设备表明科学突破将dna作为可编程建筑材料用于制造纳米级结构和机器。

研究者在《科学》杂志上发表的上述成果显示了新的dna连接方法。 它具有与模块化的三维dna组件互补的形状，可以很容易地结合起来，而不是像拉链一样拉伸的碱基对。 这不仅提供了移动的纳米机器，还提供了便于研究者自行组装模块和编程的工具包。

新一代dna折叠术

据慕尼黑理工大学教授亨德里克·介绍，这个行业一般被称为dna折叠术，正在迅速走向实用化。 前几天，戴茨在这个行业的研究中获得了德国最重要的研究奖戈特弗里德·。 威廉·； 莱布尼茨奖

近年来，戴西和他的团队在dna折叠术的应用中迈出了重要的一步。 例如，开发包含由dna制作的人工膜通道的实验装置。 发现了可以大幅节约时间的自组装工艺，把整个组装工艺从一周缩短到了几个小时。 说明了即使是极其多、复杂的结构也能按照设计组装，具有亚微米级的精度。

但是，以往的所有进步都使用碱基对，决定了溶液中的链和dna的组合各自如何结合。 新的研究中最新的是粘合剂。

用碱基对建立组装单位，不容易打破它。 戴茨解释说，用于动态结构的做法一般在结构上很简单。 为了使运动的dna纳米机器更普遍，具有更广泛的潜在用途，研究小组从自然的生物分子工具箱中借鉴了两种技术:蛋白质形状互补的方法和它们形成相对弱的结合的倾向，前者是分子间的对接

仿生学可以提高灵活性。

研究者还从使核酸分子以弱于碱基对的键结合的自然机制中得到了灵感。 在自然界中，rna基酶rnase p识别转移rna后，可以利用它们的互补形式形成这样弱的结合，分子被诱导到足够近的范围，就像宇宙飞船对接在空间站一样。

德茨研究所的新技术模仿了这种做法。 为了制造动力dna纳米机器，他们开始编程，使具有互补结构的3d模块自组织化，激活被称为核基堆积的短程结合机制，在空间中使这些单位模块互相捕捉。 他们有三种不同的做法，可以控制这些dna模块的形状和功能。 戴茨说:这些给我们的是等级的力量，根据要求明确的能力，模块互相识别，互相一致的稳定领域。

由此，冲模集团制造了一系列显示该技术潜在应用能力的dna设备，从微米级长丝到运动的纳米机器。

小组成员还发送了三维纳米人形机器人的电子显微镜照片，确认了模块正确地按照设计进行了组合。 另外，展示了通过改变溶液的正离子浓度，可以卸下机器人的手臂，留在身体上等，将dna模块切换到各种构成的简单控制方法。

另一种方法是简单地提高或降低温度，以将dna纳米设备切换到不同的结构状态。 这种方法被说明是非常有效的。 在早期的dna设备中，需要分离dna碱基对进行重组，通过稀释和单边反应只能进行几次切换，系统会疲劳。 小组论文还叙述了在4天内能承受1000次以上的温度切换周期，没有衰减迹象的剪刀状驱动器。

他补充说，由于温度循环是将能量引入系统的一种方法，如果能结合可逆的形状转换和某种可持续的过程，不仅可以制造纳米机器，还可以提供能量。

就像孩子做积木一样

值得注意的是，一方面是dna设备的灵活性，另一方面这只需要追加形状互补部件就可以实现，其关键技术是弱键耦合dna纳米技术工具包。 研究者们指出，就像用机器语言写计算机代码一样，只用碱基对来编写自组织程序。 他们希望dna折叠术像高级计算机程序语言的出现一样更容易面向终端采用，刺激了软件工程的进步。

德茨把这项工作比作孩子们玩高积木，他说只要互补地设计组合零件就行了。 你不需要摆弄碱基对数组来连接零件。