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（2024年11月28日）很多人小時候都玩過拼裝玩具，將一個個鏈狀的拼裝件組合起來，最終拼成小動物或小房子的形狀。你可曾想過，我們體內的DNA在納米機器人的引導下，也可以如拼裝件一樣被組裝嗎？近日，悉尼大學納米研究所的研究人員就利用DNA折紙技術，開發了定制設計和可編程的納米結構，在分子機器人領域取得了重大進展。這一創新方法有望應用于多個領域，從靶向藥物輸送系統到響應性材料和節能光學信號處理。

作為概念驗證，研究人員制作了50多種納米尺度的物體，包括一只“納米恐龍”、一只“跳舞機器人”以及一個寬度為150納米、比人類頭發細一千倍的迷你澳大利亞。

這一研究成果已發表在頂級機器人學期刊《科學機器人學》上。該研究使用了“DNA折紙”，即利用生命基本構建塊DNA的自然折疊能力，來創造新的、有用的生物結構。研究團隊聚焦于創建模塊化DNA折紙體素（像素是二維的，而體素是在三維空間中的表現），這些體素可以組裝成復雜的三維結構。這樣一來，這些可編程納米結構就能根據特定功能進行定制，使不同配置的快速原型開發成為可能，對開發能夠在合成生物學、納米醫學和材料科學中執行任務的納米機器人系統至關重要。

“這個過程有點像孩子們玩的鏈狀拼裝玩具，但我們使用的是納米尺度的生物結構，來建造具有巨大潛力的機器人。“研究團隊負責人謝莉·威克漢姆（Shelley Wickham）博士解釋道。該研究的第一作者、悉尼大學化學學院的博士后研究員呂敏智（Minh Tri Luu）博士表示，這類具有可調特性的納米材料未來可以被廣泛應用，從響應環境變化而改變光學屬性的適應性材料，到設計用于尋找并摧毀癌細胞的自主納米機器人。”

為了組裝這些體素，團隊將額外的DNA鏈附加到納米結構的外部，新鏈作為可編程的結合位點。這些位點像是帶有不同顏色的魔術貼，被設計成只有匹配的“顏色”（實際上是互補的DNA序列）才可以連接。“這一創新方法可以精確控制體素如何彼此結合，從而創造出可定制的、高度特定的結構。“呂博士表示。

這一技術最令人興奮的應用之一是創造能夠將藥物直接輸送到體內特定部位的納米機器人盒子。通過使用DNA折紙技術，研究人員可以設計響應特定的生物信號的納米機器人，確保藥物只在需要時和需要的地方釋放。這種靶向方法可以增強癌癥治療的效果，同時將副作用最小。

除了藥物輸送，研究人員還在探索開發可以響應環境刺激而改變屬性的新材料，以及處理光學信號的節能方法。前者可以將材料設計為對更大的負載做出響應，或根據溫度或酸堿（pH）變化改變其結構特性，這種響應性材料有可能改變醫學、計算機和電子產業。后者則可能改進圖像驗證技術，通過利用DNA折紙這一獨特性質，系統可以提高光學信號處理的速度和準確性，為醫學診斷或安全領域的技術進步鋪平道路。

“這項工作讓我們能夠想象一個世界，納米機器人可以在更廣闊的領域發揮作用，從疾病治療，到制造未來的電子設備。同時，這項研究也凸顯了跨學科合作在推動科學發展中的重要性，我們期待看到這一發現能夠在健康、材料科學和能源等領域廣泛應用，迎接實際的挑戰。”威克漢姆博士表示。