首页 >> 专业

工程师利用DNA创造栩栩如生的机器微调电容

2022-08-30 09:26:15

工程师利用DNA创造“栩栩如生”的机器

作为遗传物质，DNA负责所有已知生命。但是DNA也是聚合物。利用分子的独特性质，康奈尔大学的工程师们创造了由具有生命特性的生物材料构造的简单机器中国机械网okmao.com。

用他们所谓的DASH（基于DNA大会和层次的合成）材料，康奈尔大学的工程师构建的DNA材料的功能代谢，除了自组装和组织-生命的三个关键特征。

丹罗说：“我们正在引入一种全新的，栩栩如生的材料概念，该概念由其自身的人工新陈代谢提供支持。我们并不是在制造活着的东西，但我们正在创造的材料比以往任何时候都更加栩栩如生。”农业与生命科学学院生物与环境工程教授。

4月10日，发表在《科学机器人》上的论文“由人工代谢驱动的具有动态运动行为的动态DNA材料” 。

为了使任何生物保持自我，必须有一个管理变化的系统。必须生成新的单元格；必须清除掉旧细胞和废物。生物合成和生物降解是自我可持续性的关键要素，需要代谢才能维持其形式和功能。

通过该系统，DNA分子被合成并以分层的方式组装成图案，从而产生了可以延续动态，自主的生长和衰退过程的物质。

康奈尔大学的工程师们使用DASH创造了一种生物材料，它可以从其纳米级结构块中自动出现并自行排列-首先是聚合物，最后是中尺度形状。

从一个55个核苷酸的碱基种子序列开始，DNA分子被成千上万倍繁殖，形成了几毫米大小的重复DNA链。然后将反应溶液注入微流体装置中，该装置提供能量的液体流和生物合成所需的构件。

康奈尔大学生物与环境工程学教授罗丹（Dan Luo）和研究助理滨田昌吾（Shogo Hamada）创造了一种具有新陈代谢能力的DNA材料，它具有自组装和组织功能。

当流在物料上冲刷时，DNA合成了自己的新链，物料的前端增长，而后端则以最佳平衡降解。这样，它以类似于粘液模子移动的方式，自行向前移动，逆流而行。

机车的能力使研究人员能够在激烈的比赛中将一组材料相互对撞。由于环境的随机性，一个机构最终将获得优势，而另一个机构则可以先越过终点线。

Luo实验室的讲师兼研究研究员Shogo Hamada说：“这些设计仍然是原始的，但是它们显示了一条新途径，可以用生物分子来制造动态机器。

我们正在通过人工代谢来构建逼真的机器人的第一步。”以及该论文的通讯作者。“

即使是简单的设计，我们也能够创造出诸如赛车之类的复杂行为。人工代谢可以为机器人技术开辟一个新的领域。”

工程师们目前正在探索使材料识别刺激并在光照或食物情况下能够自发地发现刺激的方法，或者在有害的情况下避免刺激。

嵌入DNA材料中的程序化代谢是关键的创新。DNA包含一组有关代谢和自主再生的说明。在那之后，它是独立的。

罗说：“从行动和竞争的能力来看，所有这些过程都是独立的。没有外部干扰。” “生命是从几十种分子开始的数十亿年。这可能是相同的。”

团队创建的材料在过期之前可以持续两个合成和降解周期。研究人员说，寿命可能会延长，这将为这种材料自我复制打开更多“世代”的可能性。

滨田说：“最终，该系统可能会导致栩栩如生的自我复制机器。”

罗说：“更令人兴奋的是，DNA的使用为整个系统带来了自我进化的可能性。” “那是巨大的。”

从理论上讲，可以对其进行设计，以便在几秒钟内出现后代。罗说，以这种超快的速度进行繁殖将利用DNA的自然突变特性并加快进化过程。

将来，该系统可以用作生物传感器来检测任何DNA和RNA的存在。该概念还可以用于创建动态模板，以生产没有活细胞的蛋白质。

技术许可中心正在申请一项专利。