新工具设计复杂的DNA机器人和纳米设备

机器人领域中最有前途的领域之一涉及基于DNA的微小机器人和纳米设备，科学家们认为它们最终将能够在人体中输送靶向药物。它们还可以用于检测病原体，并可能导致更小的电子设备的发展。

在这个领域最近的进展是来自俄亥俄州立大学的研究人员开发了一种新的工具，使得设计比以前可能的更复杂的DNA机器人和纳米设备成为可能。同时，这些更复杂的系统可以在很短的时间内开发出来。

该研究发表在上个月的《自然材料》杂志上，由前工程博士生Chao-Min Huang领导。

这款名为MagicDNA的新软件帮助研究人员设计方法来组合微小的DNA链以创建具有转子和铰链等部件的复杂结构。这些部件可以移动并完成各种任务，例如药物输送。

根据研究的共同作者、机械和航空工程系副教授Carlos Castro的说法，研究人员传统上依赖较慢的工具和手动步骤来完成这些过程。

“但是，现在可能需要我们几天时间来设计的纳米设备，现在只需要几分钟就可以设计出来，”卡斯特罗说。

这些新设计更加复杂，能够创建高效的纳米设备。

Hai-Jun Su是另一位共同作者，也是机械和航空工程系的教授。

“以前，我们可以建造具有多达6个单独组件的设备，并用关节和铰链连接它们，尝试使它们执行复杂的动作，”苏说。

“有了这款软件，制作具有20个以上组件的机器人或其他设备变得容易得多，而且它们更容易控制。这是一个巨大的步骤，能够让我们设计出能够执行我们想要的复杂动作的纳米设备。”

研究人员希望这款软件不仅能够创建更好的设计和更有用的纳米设备，还能够加快它们成为日常工具的时间。

新的方法使研究人员能够以3D方式进行设计。以前的工具是以2D方式工作的，这意味着研究人员必须将创作映射到3D中。这样，设备的复杂性受到限制。

自下而上或自上而下

这款软件的另一个关键方面是，它使研究人员能够以“自下而上”或“自上而下”的方式创建DNA结构。前者，研究人员将单个DNA链组织成所需的结构，这意味着他们可以对局部设备结构和特性进行精细控制。

使用“自上而下”的方法，他们可以决定设备的整体形状应该如何，然后自动组织DNA链。通过结合这两种技术，整体几何形状可以变得更加复杂，同时仍然保持对单个组件特性的精确控制。

这款软件还允许研究人员模拟所设计的DNA设备在现实世界中的运行情况。

“当你使这些结构更加复杂时，很难预测它们到底会是什么样子以及如何运行，”卡斯特罗说。

“能够模拟我们的设备实际运行情况至关重要。否则，我们会浪费很多时间。”

创建纳米结构

安杰利卡·库辛奇是共同作者，也是俄亥俄州立大学化学和生物分子工程博士生。库辛奇领导了一组研究人员，他们使用软件设计和表征纳米结构。

由该团队创建的设备包括带有爪子的机器人手臂和一个像飞机一样的100纳米大小的结构。后者比人类头发的宽度小1000倍。

这些设备可能会在医疗保健领域产生重大影响。

“一个更复杂的设备不仅可以检测到有什么不好的事情正在发生，还可以通过释放药物或捕获病原体来做出反应，”卡斯特罗说。

“我们希望能够设计出能够以特定方式响应刺激或以特定方式移动的机器人。”

“对DNA纳米技术的商业兴趣越来越大，”他继续说。”我认为在接下来的5到10年内，我们将开始看到DNA纳米设备的商业应用，我们对这款软件有助于推动这一进程持乐观态度。”