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科学家研制出单分子DNA巡航机器人
2018-11-12

  本报讯(记者黄辛)上海交通大学与中科院上海应用物理研究所、德国慕尼黑工业大学等单位合作研制了一种单分子DNA巡航机器人,并实现了纳米尺度的迷宫行走。相关成果日前在线发表于《自然—材料》杂志。

  蛋白质机器是细胞内发挥生理功能的重要单元。化学家一直努力在试管中设计与合成人工分子机器,以模拟生物体内的天然分子机器功能,并利用人工分子机器构建单分子机器人。DNA分子作为一种进化产生的遗传物质,具有卓越的碱基配对识别能力,可实现精确的分子自组装,并且可构筑具有高空间分辨和定位能力的纳米结构。因此,DNA纳米结构已在纳米电子学、纳米光子学、单分子催化等研究领域中发挥了重要作用。

  此次研究人员通过将DNA杂交链式反应精确“锚定”到DNA纳米结构上,实现在纳米界面上沿着设计路径的分子级联反应。借助于原子力显微镜和超分辨显微镜等单分子成像技术,研究人员可清晰地观察到DNA分子机器人的行走轨迹。该DNA分子机器人在引发信号链的作用下,可以沿着预先设定的路径直线或转弯行走。

  为展示DNA分子机器人的智能运算能力,研究人员在DNA纳米结构上设计了一个迷宫,利用DNA分子机器人的并行运算能力求解这个迷宫问题。迷宫有唯一的入口和唯一的出口,以及四个非出口的终点。在DNA分子机器人行走过程中,每个结构上DNA分子会从起点开始,走向一个终点,或者走向出口。通过单分子成像,研究人员观察到了DNA分子行走过的所有路径,从而获得迷宫正确行走路径的解。

  相关专家表示,这种将DNA分子反应与智能运算的有机结合,为发展单分子智能传感和疾病诊疗提供了新思路。

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