DNA纳米机器人可以自我构建:我们如何帮助他们以正确的方式发展?

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DNA纳米机器人可以自我构建-我们如何帮助他们以正确的方式发展?

新南威尔士大学的研究人员在控制所谓的DNA纳米机器人(由DNA组件组装而成的结构)的尺寸的路径上克服了一项重大设计挑战。

自组装的纳米机器人听起来像科幻小说,但是DNA纳米技术的新研究使它们更接近现实。未来的纳米机器人用例不仅会在很小的范围内发挥作用,还将在健康和医疗领域中应用更广泛,例如伤口愈合和动脉畅通。

来自UNSW的研究人员与英国的同事在ACS Nano上发表了一种新的设计理论,该理论涉及如何在没有模具或模板的情况下控制自组装纳米机器人的长度。

主要作者是劳伦斯·李博士(Lawrence Lee)说:“传统上,我们是通过将组件手动组装到所需的最终产品中来构建结构的。如果零件很大,这种方法会很容易且很容易地工作,但是随着您变得越来越小,这样做变得越来越困难。” UNSW Medicine的单分子科学学院。

医学研究人员已经能够构建纳米级的机器人,该机器人可以进行编程以执行非常小的任务,例如定位微小的电子组件或将药物递送至癌细胞。

在UNSW,研究人员使用生物分子(例如DNA)来构建这些纳米机器人。在称为分子自组装的过程中,微小的单个零件将自身构建为较大的结构。

使用自组装进行构建时面临的挑战是弄清楚如何对构建块进行编程以构建所需的结构,以及如何在结构足够长或足够高时使它们停止。

对于这个项目,UNSW研究人员通过合成称为PolyBricks的DNA亚基来实现他们的设计。正如在自然系统中发生的那样,每个构建基块都使用总体规划进行编码,以自组装为具有一定长度的预定义结构。

Lee博士将PolyBricks与科幻电影《六大英雄》中的微型机器人相提并论,在微型电影中,微型机器人可以自我组装成多种不同的形式。

Lee博士说:“在电影中,最终的机器人是一堆相同的亚单元,可以指示它们自组装成任何所需的整体形式。”

作者使用一种称为应变累积的设计原理来控制其建筑结构的尺寸。

Lee博士说:“每添加一个嵌段,PolyBrick之间就会累积应变能,直到最终能量太大,以至于无法再结合任何嵌段。这就是亚基停止组装的时刻。”

为了控制最终结构的长度(即,将多少个PolyBrick连接在一起),研究团队修改了DNA设计中的序列,以调节每个新嵌段中增加了多少应变。

李博士说:“我们的理论可以帮助研究人员设计其他方法来利用应变累积来控制开放式自组装的整体尺寸。”

作者说,这种机制可用于使用自组装单元对更复杂的形状进行编码。

博士说:“正是这种有关我们如何在纳米尺度上组织物质的基础研究,将引导我们进入下一代纳米材料,纳米药物和纳米电子技术。” 研究生和主要作者,乔纳森·贝伦古特(Jonathan Berengut)博士。


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