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科学家用DNA链造出纳米机器人精华

      


以色列巴伊兰大学研究人员成功地用DNA链造出了一种纳米机器人,它们能在活动物体内按照编制的程序执行逻辑操作,就像一种纳米机器人计算机。物理学家组织网近日报道了这一研究成果。研究人员把这些“机器人”注射到蟑螂体内,观察它们是怎样瞄准一个细胞来“工作”的。相关论文发表在最近出版的《自然·纳米技术》上。

 
生物系统是由一个个“分子零件”组成的集合体,这些分子零件四处活动,互相碰撞在一起。细胞通过精确地控制这些碰撞,执行着复杂的任务过程。但要开发出一种人工机器,能与细胞内的机器对接并控制分子零件之间的相互作用,还非常困难。而DNA分子不仅和生物系统天然对接,还是执行逻辑运算的天然“基带”(substrate)。
 
以往研究表明,由于DNA链具有和不同蛋白质反应的性质,所以可用来编程模拟生物线路,甚至解决简单的数学问题。研究小组证明了这种编程技术还可以扩展到活动物体内,用来执行特殊任务,比如用来摧毁癌细胞。
 
研究人员先把盘卷在一起的DNA双螺旋链放松解开,再按折叠纸盒的方式把它们连接在一起,然后在这种“DNA盒子”里装入一种化学分子,作为一种中继开关。下一步再制作其他结构的“零件”,让这些“零件”既能跟“盒子”反应,又能跟蟑螂体内的某些特殊蛋白质反应。总的目标是做出多种方案来,让“盒子”在碰到特定蛋白质时能自动打开。加入多种结构的纳米“零件”,可以让“盒子”选择性地打开。
 
比如,让“盒子”只有在遇到3种蛋白质时才打开,其中一种是蟑螂体内的天然蛋白质,另外两种由两种不同的DNA折叠零件所携带。把多种形式的结合混在一起,结果“盒子”就能以逻辑运算的方式决定打开与否,如“与”“或”“非”(如果某种蛋白质出现,则“盒子”不会打开)等,这就意味着它们在活动物体内能按照逻辑计算来运作。
 
在实验中,研究人员给“DNA盒子”里装了一种能与血淋巴分子结合的化学分子,这种血淋巴分子存在于蟑螂血中。所有纳米机器人都充满荧光标记,以此跟踪观察它们在蟑螂体内的行动。
 

据研究人员报告,实验的运行正像预先设想的那样:“DNA盒子”打开与否取决于注入蟑螂体内的整体纳米机器人“舰队”的设计。他们演示了多种逻辑门,包括AND(与)、OR(或)、XOR(异或)、NAND(与非)、NOT(非)、CNOT(控制非)和半加(half adder)。研究小组认为,在今后5年内,人们就可能造出用于人体实验的纳米机器人计算机。



来源:科学网

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