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納米機(jī)器人 DNA機(jī)器人

發(fā)布時(shí)間:2020-02-14 來(lái)源: 日記大全 點(diǎn)擊:

   或許未來(lái)數(shù)十年后,成群的DNA機(jī)器人能夠用來(lái)探尋人體病變的信號(hào)。      在紐約某個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的高腳杯里,有只“蜘蛛”正在利用“折紙工藝”鋪筑的   “軌道”上蹣跚前行。此“蜘蛛”其實(shí)是用DNA――即指揮合成蛋白質(zhì)的雙螺旋鏈條“編寫(xiě)”而成的微型機(jī)器人。
  作為一個(gè)機(jī)器人,科學(xué)家希望這種“蜘蛛”在將來(lái)某天可以完成指定的任務(wù),比如為細(xì)胞做手術(shù)、清除細(xì)胞內(nèi)外的各種垃圾等。目前,不需要任何外界的電池或其它驅(qū)動(dòng),只通過(guò)吸收天然DNA之間相互作用的能量,DNA機(jī)器人就可以自我調(diào)整,獨(dú)立行走。
  哈佛大學(xué)生物化學(xué)家威廉?什荷說(shuō),“隨著分子學(xué)的發(fā)展,人們已經(jīng)接近對(duì)分子的行為進(jìn)行編程。正如電子器件從最初的計(jì)算器到如今的iPhone4一樣,我們的目標(biāo)是研發(fā)出精密的DNA機(jī)器人,它們可以感知周?chē)h(huán)境、在不傷害健康細(xì)胞的情況下去除病死組織!
  當(dāng)前,最先進(jìn)的DNA機(jī)器人形似蜘蛛,有3到4只腿,可以在精密折疊的DNA軌道上行走。有些機(jī)器人可以走到50步,而有些扭動(dòng)著胳膊,甚至可以在沿途捎帶幾個(gè)納米顆粒。
  要DNA蜘蛛控制世界還為時(shí)尚早,它們還是蹣跚學(xué)步的孩子,只能實(shí)驗(yàn)性地在充滿分子的環(huán)境里走兩步,而且還得科學(xué)家為其鋪設(shè)專(zhuān)門(mén)的軌道。
  不過(guò)總有一天,它們的功能將不可限量。它們將在極小的尺度上進(jìn)行工作,而這些尺度對(duì)于宏觀的實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)說(shuō),根本難以企及。DNA機(jī)器人也將發(fā)現(xiàn)人體癌變細(xì)胞,利用自身攜帶的納米手術(shù)刀,它們就可以完成癌癥的治療。
  
  那么,什么原理讓DNA機(jī)器人動(dòng)起來(lái)呢?
  
  通常情況下,細(xì)胞內(nèi)的DNA以雙螺旋結(jié)構(gòu)存在,也是所有生命形態(tài)的密碼,它穩(wěn)定且惰性,只有在制造蛋白質(zhì)的過(guò)程中才會(huì)彎曲。如今科學(xué)家發(fā)現(xiàn),DNA的基本組成單元即A、T、G和C四種堿基,由于A和T配對(duì)并吸引,而G和c也同樣吸引,所以利用特殊的編程,就可以實(shí)現(xiàn)兩條DNA鏈條――像兩條腿一樣,分離――合并,合并―分離……就像人走路一樣。
  還有必不可少的一點(diǎn),那就是DNA機(jī)器人必須走在特殊的路上――通過(guò)折紙工藝編制的DNA面上,或稱(chēng)DNA折紙。DNA折紙由加州理工學(xué)院合成分子生物學(xué)家保羅-羅斯穆德所創(chuàng)。2006年,羅斯穆德利用一列DNA長(zhǎng)鏈,來(lái)回折疊嵌套,直到出現(xiàn)二維的DNA折紙:納米三角,五角星,甚至是笑臉形狀。
  DNA折紙為機(jī)器人提供了絕好的軌道,利用這個(gè)二維的平面,科學(xué)家就可以為機(jī)器人編程,用來(lái)控制它的行動(dòng)。但目前的情況并不令人樂(lè)觀,因?yàn)楫?dāng)DNA機(jī)器人爬過(guò)折紙之后,折紙則被撕裂而廢棄,所以機(jī)器人只能向前,不能后退,而折紙也不能重復(fù)使用。
  不過(guò)科學(xué)家對(duì)此充滿信心,有人指出,總有一天DNA機(jī)器人可以脫離人造折紙,穿越細(xì)胞膜,在細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境行走自如。它們將有能力和不同的分子進(jìn)行配合,從而實(shí)現(xiàn)自由行走。
  對(duì)于DNA機(jī)器人的前景,也有些研究人員持懷疑態(tài)度,認(rèn)為對(duì)于諸如DNA機(jī)器人等納米機(jī)器人的功能,最好不要太過(guò)樂(lè)觀。“科學(xué)家能制造出相當(dāng)于人體大小十億分之一的可行走機(jī)器人,聽(tīng)起來(lái)確實(shí)誘人,但是利用它來(lái)操控納米元件,以完成各種任務(wù),則顯得太過(guò)飄渺!奔又堇砉W(xué)院生物工程師奈爾斯,皮爾斯說(shuō)。
  因此,工程師們正在不遺余力地開(kāi)展這些納米機(jī)器人的功能實(shí)驗(yàn),以便發(fā)現(xiàn)它們的新用途!坝袝r(shí)候,某個(gè)領(lǐng)域的成果往往在其它領(lǐng)域大展身手!逼査拐f(shuō)。
  或許未來(lái)數(shù)十年間,成群的DNA機(jī)器人就能夠用來(lái)探尋人體病變的信號(hào)。這些機(jī)器人能夠相互通信,以聯(lián)手發(fā)現(xiàn)病變組織,且利用某些納米藥粒殲滅病變細(xì)胞。

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