簡介
來自美國紐約哥倫比亞大學的科學家成功研製成一種形似蜘蛛的微型機器人。這款由DNA分子構成的微型機器人,僅有4納米大小,比人類頭髮直徑的十萬分之一還要小。它能夠自由的行走、轉身,甚至能夠運用自身攜帶的納米級流水線,自行製造一些小零件。
這款突破性的設備,除了以上具有提到的功能特性之外,還可以行走在二維物體的表面,它還可以吞噬麵包的碎屑。介於如此多的功能,這款機器人將會被運用到醫療外科領域,幫助清潔人體動脈血管的垃圾,甚至可以幫助醫生尋找和殺死病人體內的癌細胞。科學家們已經開始開發這款機器人的生產線。
“微型蜘蛛”沿著多股交纏在一起的DNA鏈間的空隙移動,這種運動軌跡是由事先編輯的電腦程式設定的。這種運動路線的設定主要是受到DAN雙螺鏇結構的啟發。
分解DNA分子的雙螺鏇結構,會發現其每個組成部分類似於發條上的齒。齒輪上的每個齒的運動都會帶動整個齒輪的運動。微型機器人就是在這種程式化的運動機制下,行走,向右轉向左轉,完成每個動作的。
微型機器人的身體是由一種叫做生物素常見的蛋白質構成的。附著在它三條腿上的是單鏈DNA酶,它們按照一定的DNA序列進行結合和解離。
機器人從起點開始運動後,其觸發器鏈遵循鹼基配對原則,與DNA鏈進行結合和解離。一旦與DNA鏈解離,機器人馬上會與DNA上的下一個鹼基進行結合,就是通過這種方式,機器人一步步的朝研究者指定的目標前進。
這種納米機器人是之前所研製的“微型蜘蛛”機器人的升級提升版。之前的微型機器人只能行走三步,而此款微型機器人能夠行走大學100納米的距離,相當於50步。有關專家表示,將來將會有更多的投入,來開發更快,更靈活,能夠運行更多程式的微型機器人。
穿梭人類體內
科學家於2010年5月15日成功研製出一種由DNA分子構成的“納米蜘蛛”微型機器人,它們能夠跟隨DNA的運行軌跡在二維物體的表面自由的行走、移動、轉向以及停止,甚至能夠運用自身攜帶的納米級流水線,自行製造一些小零件。《Nature》雜誌強調,這款突破性的機器人不僅可以幫助軍隊外科醫生完成清潔人體動脈等外科手術,還可以組建計算機新硬體。其中美國紐約哥倫比亞大學的一個項目小組創造出“納米蜘蛛”機器人,大小僅為4納米,比人類頭髮直徑的十萬分之一還小。
“微型蜘蛛”沿著多股交纏在一起的DNA鏈間的空隙移動,這種運動軌跡是由事先編輯的電腦程式設定的。這種行走路線的設定主要是受到DNA雙螺鏇結構的啟發。分解DNA分子的雙螺鏇結構,會發現其每個組成部分類似於發條上的齒。齒輪上的每個齒的運動都會帶動整個齒輪的運動。微型機器人就是在這種程式化的運動機制下行走,向右轉或向左轉,完成每個動作並在生物化學性質上吸引其他的機器人運動。微型機器人的“身體”是由一種在生物上常見的蛋白質構成,叫“streptavidin”。附著在機器人三條“腿”上的是單鏈DNA酶,它們按照一定的DNA序列進行結合和解離。第四條腿就像一條繩索,使機器人固定於起點。研究學者MilanStojanovic說:“機器人在觸發器的引導下,遵循鹼基配對原則從起點開始運動後,它與DNA鏈進行有效的結合和解離。一旦與DNA鏈解離,機器人馬上會與DNA上的下一個鹼基進行結合,就是通過這種方式,機器人一步步的朝研究者指定的目標前進。最後,當機器人遇到一個DNA修補程式,即只能結合不能解離時,機器人運行程式也就結束了。
為了觀察蜘蛛機器人的運行軌跡,研究人員利用原子顯微鏡展示了DNA機器人的4條不同運行軌跡。DNA機器人研究已經獲得巨大的利益,這個驅動源於研究人員意識到這個項目對於改善我們的生活環境十分有利。例如,DNA機器人可以用於醫療事業,以幫助人類識別並殺死癌細胞以達到治療癌症的目的,同時它還能吞食麵包碎屑。
圖2DNA機器人複製出另一綠色新機器人,朝紅色目標移動
據悉,該“納米蜘蛛”機器人的發明是對幾年前“蜘蛛分子”機器人的改進與升級,其功能更加強大。亞利桑那州立大學教授HaoYan說:“以前研究開發的DNA分子機器人也具有行走的功能,但不會超過幾步。但此次新開發的DNA分子機器人卻能夠行走長達100納米的距離,相當於50步。”實驗項目的下一步是如何使”蜘蛛分子“機器人”更快的行走並更靈活得運行更多的程式,這樣的話,機器人就可以在指定的軌跡上聽從我們的指揮並實施更多的方案。在《Nature》雜誌的另一項研究報導中,紐約大學的NadrianSeeman和他的同事表示,他們已經建立了一個規模標準的分子型實驗室。他們利用大量的DNA機器人把金微粒聚集在不同路徑中從而感應外界的化學命令。DNA機器人用三種不同的“手臂”獲取大量的金納米微粒,如同三隻“手”緊握物體一樣。
“納米機器人首次被套用於醫療手術中,而不是像以往那樣單個設備的套用,這對於DNA技術的演變發展具有重大意義。”威斯康星大學麥迪遜分校的LloySminth教授說到,這一評論同時發表於《Nature》雜誌中。將近60億英鎊將投入世界範圍內納米機器人的研究和發展,研究人員通過這項新興的納米技術,追蹤有關的環境和健康問題,尋求解決方案的新思路。