（2024年11月28日）很多人小时候都玩过拼装玩具，将一个个链状的拼装件组合起来，最终拼成小动物或小房子的形状。你可曾想过，我们体内的DNA在纳米机器人的引导下，也可以如拼装件一样被组装吗？近日，悉尼大学纳米研究所的研究人员就利用DNA折纸技术，开发了定制设计和可编程的纳米结构，在分子机器人领域取得了重大进展。这一创新方法有望应用于多个领域，从靶向药物输送系统到响应性材料和节能光学信号处理。

作为概念验证，研究人员制作了50多种纳米尺度的物体，包括一只“纳米恐龙”、一只“跳舞机器人”以及一个宽度为150纳米、比人类头发细一千倍的迷你澳大利亚。

这一研究成果已发表在顶级机器人学期刊《科学机器人学》上。该研究使用了“DNA折纸”，即利用生命基本构建块DNA的自然折叠能力，来创造新的、有用的生物结构。研究团队聚焦于创建模块化DNA折纸体素（像素是二维的，而体素是在三维空间中的表现），这些体素可以组装成复杂的三维结构。这样一来，这些可编程纳米结构就能根据特定功能进行定制，使不同配置的快速原型开发成为可能，对开发能够在合成生物学、纳米医学和材料科学中执行任务的纳米机器人系统至关重要。

“这个过程有点像孩子们玩的链状拼装玩具，但我们使用的是纳米尺度的生物结构，来建造具有巨大潜力的机器人。“研究团队负责人谢莉·威克汉姆（Shelley Wickham）博士解释道。该研究的第一作者、悉尼大学化学学院的博士后研究员吕敏智（Minh Tri Luu）博士表示，这类具有可调特性的纳米材料未来可以被广泛应用，从响应环境变化而改变光学属性的适应性材料，到设计用于寻找并摧毁癌细胞的自主纳米机器人。”

为了组装这些体素，团队将额外的DNA链附加到纳米结构的外部，新链作为可编程的结合位点。这些位点像是带有不同颜色的魔术贴，被设计成只有匹配的“颜色”（实际上是互补的DNA序列）才可以连接。“这一创新方法可以精确控制体素如何彼此结合，从而创造出可定制的、高度特定的结构。“吕博士表示。

这一技术最令人兴奋的应用之一是创造能够将药物直接输送到体内特定部位的纳米机器人盒子。通过使用DNA折纸技术，研究人员可以设计响应特定的生物信号的纳米机器人，确保药物只在需要时和需要的地方释放。这种靶向方法可以增强癌症治疗的效果，同时将副作用最小。

除了药物输送，研究人员还在探索开发可以响应环境刺激而改变属性的新材料，以及处理光学信号的节能方法。前者可以将材料设计为对更大的负载做出响应，或根据温度或酸碱（pH）变化改变其结构特性，这种响应性材料有可能改变医学、计算机和电子产业。后者则可能改进图像验证技术，通过利用DNA折纸这一独特性质，系统可以提高光学信号处理的速度和准确性，为医学诊断或安全领域的技术进步铺平道路。

“这项工作让我们能够想象一个世界，纳米机器人可以在更广阔的领域发挥作用，从疾病治疗，到制造未来的电子设备。同时，这项研究也凸显了跨学科合作在推动科学发展中的重要性，我们期待看到这一发现能够在健康、材料科学和能源等领域广泛应用，迎接实际的挑战。”威克汉姆博士表示。