纳米"蜘蛛侠"爬向未来新应用:"我还在咿呀学步"

2010年10月26日11:00 | 中国发展门户网 www.chinagate.cn | 给编辑写信 字号:T|T
关键词: 分子马达 生物工程师 DNA—DNA DNA酶 分子机器 纳米粒子 纳米机器人 新应用 蜘蛛侠 自组装

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我是小小搬运工

纳米技术世界中新出现的另一种DNA蜘蛛玩的可不止是步行,它可用它的三条DNA胳膊举起货物。

DNA纳米技术先驱、纽约大学奈德·塞曼领导的一个研究小组已设计出了一个4条腿、3条胳膊的蜘蛛,它能沿着折纸轨道从“站台”拾取金纳米粒子。蜘蛛本身不能行走,而是需要科学家在其行走每一步时将短的DNA单链添加到周围溶液中,哄诱其向前迈步。

研究人员在折纸中嵌入了3个“站台”,每个站台都有一个包裹在DNA单链(和蜘蛛胳膊中的DNA相互补充)中的金纳米粒子。当蜘蛛停靠在一个站台时,其一条DNA胳膊就和这条DNA“皮带”相束缚,抓住纳米粒子并将其脱离折纸。然后,蜘蛛从该站台离开,它携带着新货物到达下一站台,在那里它将捡起另一个粒子。

塞曼将这些蜘蛛比作是沿着汽车装配线流动的汽车底盘。也是在5月13日的《自然》杂志上,塞曼这样说:“添加到蜘蛛中的附件,就像是给汽车底盘加上门、轮子或发动机。”

经过另外两次停靠后,蜘蛛的手臂上可能已有了多达3个粒子,但也可能只是一个或两个。这是因为站台可被编程设计为或放弃货物,或保留货物。使用相同的轨道,蜘蛛也许可捡获不同的纳米粒子组合。

塞曼说,在未来,一个单一的装配线或许就能在3个以上的厂房内运转。如此长的装配线能建立更复杂的对象。他还计划使这些蜘蛛自主运行,这样就无需科学家再为其每一步动作添加新的DNA链。

最终,他想尝试组装出能结合成复合物的分子,而不必还得依靠DNA才能结合。他认为,纳米机器蜘蛛可在每个站台捡获单个分子,而这些分子能相互结合。一次就把分子攒到一块,纳米蜘蛛就可把那些在自然界中无法进行有效反应的分子拼图块拼接在一起,这对化学家来说是极大的帮助。

“爬”向未来新应用

研究人员承认,DNA蜘蛛现在还不能做任何有用的事情,对于这些纳米蜘蛛未来到底能做什么用,大多数科学家都不愿意设想得太远。

“要给这个比人体小十亿倍、能运动的家伙描绘一幅画,是十分有吸引力的。”加州理工学院生物工程师奈尔斯·皮尔斯说,“但要获取这种运动,并把它用于制造纳米元件,这仍然是一个远期的目标。”

皮尔斯说,不过,工程师们应该继续用这些纳米机器开展实验,以便为纳米机器人领域的新发现铺平道路。“沿着此种路径汲取的知识,将来也会在其他方面产生效益。”

沿着这条道路继续向前,希望依然是存在的。成群的DNA蜘蛛或可部署在人体内用以寻找癌症或疾病的蛛丝马迹。这些蜘蛛将互相通风报信,告知在哪里发现了出问题的身体组织,然后同心协力,一起向目标抛洒药物炸弹。这些针对性极强的抗病“导弹”可避免普通药物在体内渗透时产生的副作用,也不会影响到其他身体组织。

同样,这些带有多条手臂的的DNA蜘蛛也许会掠过折纸装配线工厂,一个一个地抓取粒子,并按照严格的次序进行装配;纳米蜘蛛还能建造出纳米尺寸的计算机芯片,在越来越小的空间里容纳更多的内存,拥有更强大的功能和更快的速度;或是对纳米粒子进行新的配置以为隐形装置制作出新的超材料。

“我们的目标之一就是制作出像活细胞一样复杂的DNA和蛋白质系统,”罗斯蒙德说:“但要达成这一目标,我们将不得不制作出数百倍甚至千倍复杂的DNA纳米技术系统。”“从事DNA修复研究的实验室数目每年都在增加,因为科学家们都已经意识到了他们或可大加利用DNA的潜力。”

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