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大數(shù)據(jù)文摘作品

作者：Mickey

科幻片中總有這樣的場景：微型機(jī)器人進(jìn)入我們體內(nèi)識(shí)別有害病原體，并且將藥物送到血管或者器官中，治愈疾病。

最近，科學(xué)家通過設(shè)計(jì)一種獨(dú)特的工具，朝著科幻片的場景邁出了重要的一步，該工具可以在短短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出更為復(fù)雜的DNA機(jī)器人和納米設(shè)備。

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4月19日發(fā)表在《自然材料》雜志上的一篇論文中 ，來自俄亥俄州立大學(xué)的科學(xué)家發(fā)布了一款名為MagicDNA的獨(dú)特軟件。

論文鏈接：https://go.nature.com/3vtBXfR

利用微小DNA鏈，幾分鐘內(nèi)生產(chǎn)出納米機(jī)器人

MagicDNA可以幫助科學(xué)家開發(fā)一種可以利用微小DNA鏈的技術(shù)，這種技術(shù)可以將DNA鏈組合起來，變成成具有鉸鏈和轉(zhuǎn)子等組織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這些組件可以進(jìn)入我們的身體執(zhí)行各種任務(wù)，包括藥物輸送。

DNA已被用于制造納米器件，其在醫(yī)學(xué)、納米制造、合成生物學(xué)、生物傳感和生物物理學(xué)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，當(dāng)前的DNA納米器件主要依賴于幾何設(shè)計(jì)，因此合理設(shè)計(jì)功能特性(如力響應(yīng)或致動(dòng)行為)仍然具有挑戰(zhàn)性。

俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械與航空工程學(xué)研究助理教授卡Carlos Castro說，多年來，科學(xué)家們一直在使用繁瑣的手動(dòng)步驟和較慢的設(shè)備來進(jìn)行此操作 。

Castro稱：“有了這一技術(shù)，我們能夠在幾分鐘內(nèi)生產(chǎn)出納米’機(jī)器人’，不用再花費(fèi)幾天的時(shí)間了。”

而且現(xiàn)在，科學(xué)家們制造出來的是更復(fù)雜、更有價(jià)值的納米設(shè)備。俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)教授Hai-Jun Su表示：“我們可以開發(fā)多達(dá)六個(gè)不同部件的工具，并將它們與鉸鏈和關(guān)節(jié)結(jié)合起來，并嘗試執(zhí)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。” “使用此軟件，開發(fā)具有多達(dá)20個(gè)更易于控制的零件的機(jī)器人或其他設(shè)備并非沒有挑戰(zhàn)。開發(fā)出一種能夠執(zhí)行聽從復(fù)雜操作指令的納米設(shè)備是非常重要的一步。”

用MagicDNA軟件創(chuàng)建的機(jī)械手納米設(shè)備。資料來源：俄亥俄州立大學(xué)

該軟件具有許多優(yōu)點(diǎn)，可以幫助專家設(shè)計(jì)出更好，更有效的納米設(shè)備，并且科學(xué)家希望縮短其日常使用的時(shí)間。

3D模式下完整設(shè)計(jì)納米機(jī)器人，模擬工作效果

這一軟件一項(xiàng)非?？犰诺墓δ苁牵梢宰尶茖W(xué)家真正地以3D方式進(jìn)行完整的設(shè)計(jì)。以前類似設(shè)備的設(shè)計(jì)僅支持2D創(chuàng)作，這迫使科學(xué)家將其創(chuàng)作轉(zhuǎn)化為3D方式。

該軟件還允許設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建“自上而下”或“自下而上”的DNA結(jié)構(gòu)。

在“自上而下”的設(shè)計(jì)中，科學(xué)家們可以決定如何對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行幾何造型，以獲取適當(dāng)?shù)腄NA鏈，然后自動(dòng)將DNA鏈組合在一起。但是他們也可以采用“自下而上”的方法，研究人員采用特定的DNA鏈并選擇如何將其組織成所需的結(jié)構(gòu)，從而可以對(duì)本地設(shè)備的屬性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)控制。該軟件的另一個(gè)重要組成部分是，它可以模擬設(shè)計(jì)的DNA工具在現(xiàn)實(shí)世界中的移動(dòng)和工作方式。

Castro稱：“隨著這些結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，要準(zhǔn)確地預(yù)測它們的外觀以及它們將如何發(fā)揮作用是具有挑戰(zhàn)性的。” “因此，在虛擬環(huán)境中模擬這些工具是如何工作的非常有必要，這能夠節(jié)省我們不少時(shí)間。”

論文合著者Anjelica Kucinic是俄亥俄州立大學(xué)生物分子和化學(xué)工程博士學(xué)位的學(xué)者，他指導(dǎo)了該軟件許多納米結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建。

他們建造的一些工具包括帶有爪子的機(jī)械臂，這些機(jī)械臂能夠抓起較小的物體，還有看起來像飛機(jī)的一百納米大小的結(jié)構(gòu)。Castro說，制造更復(fù)雜的納米器件的能力表明，它們可以做更多有益的事情，而且可以用一種工具執(zhí)行各種任務(wù)。

例如，創(chuàng)建可以在血液中工作，發(fā)現(xiàn)特定細(xì)菌的DNA機(jī)器人。

“更復(fù)雜的‘機(jī)器人’不僅可以發(fā)現(xiàn)正在發(fā)生的錯(cuò)誤，還可以通過釋放藥物或捕獲病原體來做出醫(yī)學(xué)治療。” “我們的主要目標(biāo)是開發(fā)對(duì)刺激做出選擇性反應(yīng)或以某種方式運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人。”

Castro表示，他認(rèn)為接下來的幾年中，MagicDNA軟件將在研究實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)中使用，并且會(huì)發(fā)揮更為重要的作用。

他說：“ DNA納米技術(shù)將在商業(yè)上越來越流行。” “我相信在未來的五到十年內(nèi)，DNA納米設(shè)備將商業(yè)化落地，我們相信該軟件將有助于加速這一發(fā)展。”

素材參考：

https://robologiclab.com/magicdna-complex-tiny-dna-robots-produced-in-minutes/amp/https://github.com/cmhuang2011/MagicDNAhttps://mobile.twitter.com/chaominhuang1

【本文是51CTO專欄機(jī)構(gòu)大數(shù)據(jù)文摘的原創(chuàng)譯文，微信公眾號(hào)“大數(shù)據(jù)文摘（ id: BigDataDigest）”】

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