——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國(guó)科學(xué)院辦院方針
語(yǔ)音播報(bào)
上海交通大學(xué)與中科院上海應(yīng)用物理研究所、德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)等單位合作研制了一種單分子DNA巡航機(jī)器人,并實(shí)現(xiàn)了納米尺度的迷宮行走。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《自然—材料》雜志。
蛋白質(zhì)機(jī)器是細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮生理功能的重要單元?;瘜W(xué)家一直努力在試管中設(shè)計(jì)與合成人工分子機(jī)器,以模擬生物體內(nèi)的天然分子機(jī)器功能,并利用人工分子機(jī)器構(gòu)建單分子機(jī)器人。DNA分子作為一種進(jìn)化產(chǎn)生的遺傳物質(zhì),具有卓越的堿基配對(duì)識(shí)別能力,可實(shí)現(xiàn)精確的分子自組裝,并且可構(gòu)筑具有高空間分辨和定位能力的納米結(jié)構(gòu)。因此,DNA納米結(jié)構(gòu)已在納米電子學(xué)、納米光子學(xué)、單分子催化等研究領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。
此次研究人員通過(guò)將DNA雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)精確“錨定”到DNA納米結(jié)構(gòu)上,實(shí)現(xiàn)在納米界面上沿著設(shè)計(jì)路徑的分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)。借助于原子力顯微鏡和超分辨顯微鏡等單分子成像技術(shù),研究人員可清晰地觀察到DNA分子機(jī)器人的行走軌跡。該DNA分子機(jī)器人在引發(fā)信號(hào)鏈的作用下,可以沿著預(yù)先設(shè)定的路徑直線或轉(zhuǎn)彎行走。
為展示DNA分子機(jī)器人的智能運(yùn)算能力,研究人員在DNA納米結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了一個(gè)迷宮,利用DNA分子機(jī)器人的并行運(yùn)算能力求解這個(gè)迷宮問(wèn)題。迷宮有唯一的入口和唯一的出口,以及四個(gè)非出口的終點(diǎn)。在DNA分子機(jī)器人行走過(guò)程中,每個(gè)結(jié)構(gòu)上DNA分子會(huì)從起點(diǎn)開(kāi)始,走向一個(gè)終點(diǎn),或者走向出口。通過(guò)單分子成像,研究人員觀察到了DNA分子行走過(guò)的所有路徑,從而獲得迷宮正確行走路徑的解。
相關(guān)專家表示,這種將DNA分子反應(yīng)與智能運(yùn)算的有機(jī)結(jié)合,為發(fā)展單分子智能傳感和疾病診療提供了新思路。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41563-018-0205-3
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