寧波材料所等研發(fā)出新型三維DNA工業(yè)納米機(jī)器人

在現(xiàn)代制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人因可完成高精度自動(dòng)化操作而成為關(guān)鍵組成部分。納米級(jí)的工業(yè)機(jī)器人作為創(chuàng)新的制造平臺(tái)，在處理和生產(chǎn)納米材料方面頗具應(yīng)用潛力。然而，制造這種納米機(jī)器人面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。此前，科學(xué)家提出的DNA納米技術(shù)，以0.3納米的高精度，為精確、可控地自組裝各類(lèi)納米材料提供了新方法。這一技術(shù)在生物芯片、生物計(jì)算機(jī)、核酸藥物等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用前景。當(dāng)前，DNA納米技術(shù)在制造納米機(jī)器人方面展示出潛力。

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所新型藥物制劑材料與技術(shù)團(tuán)隊(duì)副研究員周峰，致力于可控生物納米材料的設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用。研究前期聚焦于精確控制生物納米材料的組裝過(guò)程，并在將其廣泛應(yīng)用于納米制造方面取得了成果。近日，寧波材料所在設(shè)計(jì)和制造能夠自我復(fù)制的三維DNA納米機(jī)器人方面取得了進(jìn)展。

本研究創(chuàng)新地運(yùn)用DNA納米技術(shù)，結(jié)合可折疊的支架結(jié)構(gòu)和多重響應(yīng)控制方式，研發(fā)出新型的三維DNA工業(yè)納米機(jī)器人。這些機(jī)器人能夠在納米尺度上自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)任務(wù)，并可以高精度地制造出具有特定結(jié)構(gòu)的手性納米材料。該納米機(jī)器人的大小約為100納米，能夠利用溫度控制和紫外線（UV）來(lái)操控和對(duì)齊納米尺寸的零件，而后將納米零件精準(zhǔn)地焊接在一起，制造出所需的納米結(jié)構(gòu)，并在完成后重置，以進(jìn)行下一個(gè)操作。這種方法使得這些納米機(jī)器人能用普通零件制造出具有光學(xué)特性的手性納米產(chǎn)物。此外，這些納米機(jī)器人還可以通過(guò)“可控折疊”技術(shù)增加制造過(guò)程中的靈活性。這一技術(shù)使得機(jī)器人能夠完成三維結(jié)構(gòu)的多循環(huán)自我復(fù)制，對(duì)于實(shí)現(xiàn)納米材料的大規(guī)模生產(chǎn)頗為重要。未來(lái)，DNA工業(yè)納米機(jī)器人有望使用核酸適配體等先進(jìn)技術(shù)精準(zhǔn)地捕獲、操縱和定位，以制備蛋白質(zhì)、磷脂膜等生物材料，從而在藥物遞送領(lǐng)域尤其是在靶向遞送核酸或蛋白藥物方面發(fā)揮作用。

相關(guān)研究成果以Toward Three-Dimensional DNA Industrial Nanorobot為題，發(fā)表在《科學(xué)-機(jī)器人》（Science Robotics，DOI: 10.1126/scirobotics.adf1274）上。該成果的第一完成單位為寧波材料所。該研究由寧波材料所與美國(guó)紐約大學(xué)合作完成。研究工作得到中國(guó)科學(xué)院的支持。