Nature Nanotechnology：DNA纳米机器人可在活体内执行逻辑操作
2014-04-15 佚名 生物360
日前，来自以色列巴伊兰大学（Bar-Ilan University）的研究人员成功地用 DNA 链造出了一种纳米机器人，它们能在活动物体内按照编制的程序执行逻辑操作，就像一种纳米机器人计算机。研究人员把这些“机器人”注射到蟑螂体内，观察它们是怎样瞄准一个细胞来“工作”的。相关论文发表在最近出版的《自然-纳米技术》上。 生物系统是由一个个“分子零件”组成的集合体，这些分子零件四处活动，互相碰撞在
日前，来自以色列巴伊兰大学（Bar-Ilan University）的研究人员成功地用 DNA 链造出了一种纳米机器人，它们能在活动物体内按照编制的程序执行逻辑操作，就像一种纳米机器人计算机。研究人员把这些“机器人”注射到蟑螂体内，观察它们是怎样瞄准一个细胞来“工作”的。相关论文发表在最近出版的《自然-纳米技术》上。
生物系统是由一个个“分子零件”组成的集合体，这些分子零件四处活动，互相碰撞在一起。细胞通过精确地控制这些碰撞，执行着复杂的任务过程。但要开发出一种人工机器，能与细胞内的机器对接并控制分子零件之间的相互作用，还非常困难。而 DNA 分子不仅和生物系统天然对接，还是执行逻辑运算的天然“基带”（substrate）。
以往研究表明，由于 DNA 链具有和不同蛋白质反应的性质，所以可用来编程模拟生物线路，甚至解决简单的数学问题。研究小组证明了这种编程技术还可以扩展到活动物体内，用来执行特殊任务，比如用来摧毁癌细胞。
研究人员先把盘卷在一起的 DNA 双螺旋链放松解开，再按折叠纸盒的方式把它们连接在一起，然后在这种“ DNA 盒子”里装入一种化学分子，作为一种中继开关。下一步再制作其他结构的“零件”，让这些“零件”既能跟“盒子”反应，又能跟蟑螂体内的某些特殊蛋白质反应。总的目标是做出多种方案来，让“盒子”在碰到特定蛋白质时能自动打开。加入多种结构的纳米“零件”，可以让“盒子”选择性地打开。
比如，让“盒子”只有在遇到3种蛋白质时才打开，其中一种是蟑螂体内的天然蛋白质，另外两种由两种不同的 DNA 折叠零件所携带。把多种形式的结合混在一起，结果“盒子”就能以逻辑运算的方式决定打开与否，如“与”“或”“非”（如果某种蛋白质出现，则“盒子”不会打开）等，这就意味着它们在活动物体内能按照逻辑计算来运作。
在实验中，研究人员给“ DNA 盒子”里装了一种能与血淋巴分子结合的化学分子，这种血淋巴分子存在于蟑螂血中。所有纳米机器人都充满荧光标记，以此跟踪观察它们在蟑螂体内的行动。
据研究人员报告，实验的运行正像预先设想的那样：“ DNA 盒子”打开与否取决于注入蟑螂体内的整体纳米机器人“舰队”的设计。他们演示了多种逻辑门，包括AND（与）、OR（或）、XOR（异或）、NAND（与非）、NOT（非）、CNOT（控制非）和半加（half adder）。研究小组认为，在今后5年内，人们就可能造出用于人体实验的纳米机器人计算机。
原始出处：
Yaniv Amir, Eldad Ben-Ishay, Daniel Levner, Shmulik Ittah, Almogit Abu-Horowitz& Ido Bachelet. Universal computing by DNA origami robots in a living animal. Nature Nanotechnology, 06 April 2014; doi:10.1038/nnano.2014.58
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