DNA 機器人車隊在血液裡「送貨」,有望精準投藥、動腫瘤手術

作者 | 發布日期 2017 年 09 月 18 日 12:26 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 機器人 follow us in feedly

如果有一個機器人可幫你全方位打掃居家環境,掃地、拖地、洗碗、洗衣服樣樣精通,聽起來很厲害,但現在有一個更科幻的情節已經出現在現實中了,就是加州理工學院科學家開發的 DNA 機器人車隊,它們可以前往人類不能去的地方,在血液中進行貨物分揀,執行複雜的奈米力學任務,比如將藥物送到目標細胞、或更高竿的對腫瘤進行小規模手術。



這些可愛的奈米微型機器人是由單鏈 DNA 內的核苷酸構建而成,只是被研究人員利用巧思設計出有身體、負責提貨的手和手臂,以及用來前行的腳,雖然它們走起路來可能像一條醉酒的蚯蚓。研究人員說,「DNA 機器人只是一條單股分子,就像軟盤一樣,沒有什麼其他額外東西。」

DNA 是一種長鏈聚合物,組成單位稱為核苷酸,而醣類與磷酸藉由酯鍵相連,組成其長鏈骨架,每個糖單位都與四種鹼基腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)的其中一種相接。鹼基之間有互補配對原則,一個 DNA 鏈上的 A 和另一個 DNA 上的 T 結合、G 與 C 結合,奈米機器人移動的原理就是如此,透過鹼基的連接、分開、連接、分開,一步一步往目的地走去,雖然它跨出一個步伐需要 5 分鐘、每個步伐只有 6 奈米,約人類步伐的十億分之一。

團隊為這些小司機設計一個長寬各 58 奈米的 DNA 測試場地,上面有一條條單鏈 DNA,研究人員稱為「樁」,由於機器人的腳也是單鏈 DNA,兩者相遇時可以互補配對,糾纏在一起。於是我們可以看到機器人的左腳和某條樁綁定時,右腳正在空中自由飄動,等右腳遇到附近可以配對的樁時再「黏」上去,左腳離開舊東家,機器人因此被拉到新的樁上,依循這種前進方式,機器人朝隨機方向移動。

▲ 研究團隊設計的 DNA 測試場地。(Source:Demin Liu/加州理工學院)

測試場地還有兩種不同螢光色的分子「貨物」及貨物的卸貨點,DNA 機器人被編碼要一直走到遇見客戶的貨,拿起它後再走向正確卸貨區。實驗結果顯示,機器人在一天內成功將 6 個分散各地的分子貨物送到正確的下貨點,研究人員接著投入更多機器人測試它們是否會分工合作,發現任務完成所需時間從一天縮短到只要幾小時。

雖然這項研究還處在基本工程原理,也不是針對特定用途而設計,卻是未來奈米科技發展的關鍵,似乎已讓醫界看見激勵人心的應用面。研究合作作者 Lulu Qian 表示,這些機器人要送貨(藥物)或是回收垃圾(壞分子)都可以。

澳洲蒙納許大學的奈米生物學研究員 Wenlong Cheng 則說,「人類的腫瘤搞不好也可以交給這些小型機器人解決,它們可以前往腫瘤處進行一場小規模手術。」這項研究 15 日已發表在《科學》期刊。

(首圖來源:pixabay)