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? 【新智元導(dǎo)讀】華人工程師利用DNA來創(chuàng)造“栩栩如生”的機(jī)器。DNA是所有已知生命的原因，但DNA也是一種聚合物。通過利用分子的獨(dú)特性質(zhì)，康奈爾大學(xué)的華人工程師們創(chuàng)造了由具有生物特性的生物材料構(gòu)成的簡單機(jī)器。他們用DASH（基于DNA的裝配和層次的合成）材料，讓機(jī)器人具備了DNA材料的代謝功能。 作為遺傳物質(zhì)，DNA為所有已知生命負(fù)責(zé)。然而，DNA也是一種聚合物，通過利用分子的獨(dú)特性質(zhì)，康奈爾大學(xué)的工程師們使用具備生物特性的生物材料構(gòu)成了簡單機(jī)器，并于4月10日在Science Robotics上發(fā)表論文《動(dòng)態(tài)DNA材料具有由人工代謝驅(qū)動(dòng)的緊急運(yùn)動(dòng)行為》。 使用被他們稱為DASH（基于DNA的裝配和合成的分層）的材料，康奈爾工程師構(gòu)建的DNA材料，具有新陳代謝能力、自我組裝和組織，這是生命的三個(gè)關(guān)鍵特征。 中科大生物系84級，康奈爾農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院生物與環(huán)境工程教授Dan Luo解釋到：“我們正在推出一種全新的、逼真的材料概念，由自身的人工新陳代謝提供動(dòng)力。我們不是在制造生命，而是在創(chuàng)造比以往任何時(shí)候都更像生命的材料”。 Dan Luo：康奈爾大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院，2001年10月任教職，科大生物系84級。 對于任何維持生命的生物體，必須有一個(gè)管理變化的系統(tǒng)。必須生成新的細(xì)胞; 舊細(xì)胞和廢物必須被清除。生物合成和生物降解是自我可持續(xù)性的關(guān)鍵要素，需要新陳代謝來維持其形式和功能。 通過這個(gè)系統(tǒng)，DNA分子被合成、并以分層方式組裝成模式，從而可以延續(xù)動(dòng)態(tài)、自主的生長和衰變過程。 該生物材料，可以從納米級構(gòu)建塊中自主地出現(xiàn)并自行排列：首先是聚合物；最后是中尺度形狀。從55個(gè)核苷酸的基礎(chǔ)種子序列開始，DNA分子成倍增加，產(chǎn)生幾毫米大小的重復(fù)DNA鏈；然后將反應(yīng)溶液注入微流體裝置中，該裝置提供液體能量流和用于生物合成的必要構(gòu)建塊。 隨著在材料表面流過，DNA合成了自己的新鏈，材料的前端生長、尾端降低、優(yōu)化平衡，通過這種方式不斷向前蠕動(dòng)。這些DNA不斷競爭，最終其中一個(gè)首先越過終點(diǎn)線。 “這些設(shè)計(jì)仍然是原始的，但他們展示了一條通過生物分子創(chuàng)造動(dòng)態(tài)機(jī)器的新途徑。我們邁出了通過人工新陳代謝構(gòu)建逼真機(jī)器人的第一步，”Luo實(shí)驗(yàn)室講師和研究助理、論文的共同作者Shogo Hamada說道?！凹词箯暮唵蔚脑O(shè)計(jì)，我們也能夠創(chuàng)造出像賽車這樣的復(fù)雜行為。人工新陳代謝可以開啟機(jī)器人領(lǐng)域的新領(lǐng)域?！?/p> 工程師們正在探索如何讓材料識(shí)別并自動(dòng)找出刺激物，例如光線或食物，或者避開有害物。 嵌入DNA材料的程序化代謝是關(guān)鍵創(chuàng)新。DNA含有一套新陳代謝和自主再生的說明，在那之后，由其自生自滅。 “一切都來自于其移動(dòng)和競爭的能力，所有這些過程都是獨(dú)立的。沒有外部干擾，”Luo說，“生命從幾種分子開始數(shù)十億年。這可能是相同的?！?/p> 團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的材料在到期之前可以持續(xù)兩個(gè)合成和降級周期。 研究人員表示壽命還有延長的可能，因?yàn)樗梢宰晕覐?fù)制更多的“世代”的材料?！白罱K，該系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致逼真的自我復(fù)制機(jī)器，”Hamada說。 Luo認(rèn)為，最讓人興奮的是DNA的使用為整個(gè)系統(tǒng)提供了一種自我進(jìn)化的可能性！從理論上講，它可以設(shè)計(jì)成使后代在幾秒鐘內(nèi)出現(xiàn)，以這種超高速度進(jìn)行的繁殖將利用DNA的自然突變特性，加速進(jìn)化過程。 將來，該系統(tǒng)可用作生物傳感器，以檢測任何DNA和RNA的存在。該概念還可用于創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模板，用于制造沒有活細(xì)胞的蛋白質(zhì)。 工程師正在向技術(shù)許可中心申請專利。 參考鏈接： https:///news/2019-04-dna-lifelike-machines.html |
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