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DNA机器人在几分钟而不是天

经过|4月20日,2021年

新软件允许研究人员从DNA创建复杂的结构,例如带有爪子和纳米大小的飞机的机器人臂。

具有爪的机器人臂纳米尾,可以拿起较小的物品。俄亥俄州大道

总有一天,科学家认为,基于微小的DNA的机器人和其他纳米尾部将在我们的身体内部提供药物,检测致命病原体的存在,并帮助制造越来越小的电子器件。研究人员通过开发一种可以设计更复杂的DNA机器人和纳米街的新工具对该未来进行了一大步,这些工具比在一小部分时间内比以往更有可能的纳米级。

在发表的论文中自然材料,来自俄亥俄州州立大学的研究人员 - 由前工程博士生学生陈敏,揭开了他们称之为MagicDNA的新软件。该软件有助于研究人员设计携带微小DNA的方法,并将它们与转子和铰链等零件相结合,可以移动和完成各种任务,包括药物递送。

在俄亥俄州机械和航空航天工程学习和副教授的共同作者Carlos Castro表示,研究人员已经这样做了多年来,具有繁琐的手动步骤。

“但是现在,可能已经把我们带走了几天的纳米铁,现在只需几分钟就把我们带走了,”卡斯特罗说。现在研究人员可以制作更复杂 - 而有用的 - 纳米进展。

“以前,我们可以建立最多六个单独的组件的设备,并将其与关节和铰链连接,并尝试使它们执行复杂的动作,”俄亥俄州州立电道机械和航空航天工程教授的海军苏研究。“通过该软件,并不难以制作具有更容易控制的20个组件的机器人或其他设备。我们设计能够执行我们希望它们的复杂动作的纳米纳甸的能力是一项巨大的一步。“

该软件具有各种优势,有助于科学家设计更好,更有用的纳米制和 - 研究人员希望 - 缩短日常使用前的时间。

一个优点是它允许研究人员真正在3D中进行整个设计。早期的设计工具只允许在2D中创建,强制研究人员将他们的创作映射到3D。这意味着设计师无法使他们的设备过于复杂。

该软件还允许设计人员构建DNA结构“自下而上”或“自上而下”。在“自下而上”设计中,研究人员采用单独的DNA股线,并决定如何将它们组织成他们想要的结构,这允许对本地设备结构和属性进行精细控制。但是,它们也可以采取“自上而下”的方法,在那里他们决定他们的整体装置如何形成几何形状,然后自动化DNA链的方式。Castro表示,组合两者允许增加整个几何形状的复杂性,同时保持对单个部件性质的精确控制。

该软件的另一个关键要素是它允许模拟设计的DNA设备如何在现实世界中移动和运行。“当你让这些结构更加复杂时,很难预测他们要究竟看起来像是如何表现出来的,”卡斯特罗说。“能够模拟我们的设备实际运作的方式至关重要。否则,我们浪费了很多时间。“

作为软件能力的示范,在俄亥俄州州的化学和生物分子工程中的博士生Anjelica Kucinic,LED研究人员制作和表征了由软件设计的许多纳米结构。

它们创建的一些设备包括具有爪的机器人臂,爪可以拾取较小的物品,以及一百纳米尺寸的结构,看起来像一架飞机,这是比人头毛的宽度小1000倍。

该DNA飞机比人发的宽度小1000倍

Castro表示,制作更复杂的纳米纳米切割的能力意味着它们可以做更有用的东西,甚至可以使用一个设备进行多个任务。例如,具有DNA机器人的一件事是,在注射到血液中后,可以检测一定的病原体。“但是一个更复杂的设备可能不仅可以检测到糟糕的事情正在发生,而且还可以通过释放药物或捕获病原体来反应,”他说。“我们希望能够设计以特定方式响应刺激或以某种方式移动的机器人。”

卡斯特罗表示,他希望在未来几年内,MagicDNA软件将用于大学和其他研究实验室。但它的使用可能会在未来扩展。

“越来越多地对DNA纳米技术的商业兴趣,”他说。“我认为在接下来的五到10年里,我们将开始看到DNA NanoDemices的商业应用,我们很乐观,这个软件可以帮助推动该软件。”

参考:Chao-min Huang,等,DNA组件的集成计算机辅助工程和设计,自然材料(2021)。DOI:10.1038 / S41563-021-00978-5

俄亥俄州州立大学提供的新闻稿