快了10万倍！DNA纳米机器人技术背后的原理？

据外媒报道，慕尼黑工业大学（TUM）的科学家基于分子研发出一种DNA纳米机器人（具体来说，就是一只机械臂），当技术发展成熟后，它就可以被用于完成“即时任务”。

“通过施加电场，我们可以在平面上任意旋转手臂，” 慕尼黑工业大学合成生物系统物理系主任Friedrich Simmel教授这样解释道。

他的团队首次成功控制纳米机器人，同时创造了一个记录：新技术比以前的方法快了10万倍。

世界各地的科学家们正在为未来的纳米工厂研究新技术，他们希望有朝一日能够用来分析生化样品或生产活性药物。使用DNA折纸技术可以有效地生产所需的微型机器。

这些分子机器迄今尚未大规模部署的一个原因是它们太慢了。构建模块被酶、DNA链或光线激活，然后执行特定任务，例如聚集和传输分子。

然而，传统的纳米机器人需要花费数分钟甚至数小时来完成这些动作，因此，在实际的应用中，高效的分子装配线不能用这些方法实施。

慕尼黑卓越集群纳米科学计划联合协调人Simmel解释道，“建立纳米技术装配线需要一种不同类型的推进技术。我们提出了完全放弃生物化学纳米机器转换的想法，以利于DNA结构和电场之间的相互作用。”

推进技术背后的原理很简单：DNA分子具有负电荷。因此，生物分子可以通过施加电场来移动。从理论上讲，这应该允许使用电场控制由DNA制成的纳米机器人。

为了确定机器人手臂是否以及如何快速与电场对齐，研究人员将数百万个纳米机器人手臂贴到玻璃基板上，并将其放入一个带有专门为此目的而设计的电触点的样品架中。

每个由第一作者Enzo Kopperger制作的微型机器人包括一个400纳米的手臂连接到一个刚性55X55纳米基板和一个未配对的碱基组成的柔性关节。这种结构保证了手臂可以在水平面上任意旋转。

在荧光专家Don C. Lamb教授为首的慕尼黑路德维希Maximillians大学协作下，研究人员使用的染料分子标记的机器人手臂的顶端。他们用荧光显微镜观察他们的运动。然后他们改变了电场的方向。这使得研究人员可以任意改变手臂的方向，并控制运动过程。

Simmel表示，“实验表明，分子机器可以移动，因此也可以用电驱动。由于电子控制过程，我们现在可以在毫秒的时间范围内启动运动，因此比以前使用的生物化学方法快了10万倍。”

新的控制技术不仅适用于染料分子和纳米粒子的移动，微型机器人的手臂也可以对分子施加力。

Simmel强调，这些相互作用可以用于诊断和药物开发，他表示，“纳米机器人小而经济。 数以百万计的纳米机器人可以并行工作，以寻找样本中的特定物质或合成复杂的分子，这与流水线完全不同。”