或許未來數(shù)十年后,成群的DNA機器人能夠用來探尋人體病變的信號。
在紐約某個化學(xué)實驗室的高腳杯里,有只“蜘蛛”正在利用“折紙工藝”鋪筑的
“軌道”上蹣跚前行。此“蜘蛛”其實是用DNA——即指揮合成蛋白質(zhì)的雙螺旋鏈條“編寫”而成的微型機器人。
作為一個機器人,科學(xué)家希望這種“蜘蛛”在將來某天可以完成指定的任務(wù),比如為細(xì)胞做手術(shù)、清除細(xì)胞內(nèi)外的各種垃圾等。目前,不需要任何外界的電池或其它驅(qū)動,只通過吸收天然DNA之間相互作用的能量,DNA機器人就可以自我調(diào)整,獨立行走。
哈佛大學(xué)生物化學(xué)家威廉·什荷說,“隨著分子學(xué)的發(fā)展,人們已經(jīng)接近對分子的行為進(jìn)行編程。正如電子器件從最初的計算器到如今的iPhone4一樣,我們的目標(biāo)是研發(fā)出精密的DNA機器人,它們可以感知周圍環(huán)境、在不傷害健康細(xì)胞的情況下去除病死組織?!?br/> 當(dāng)前,最先進(jìn)的DNA機器人形似蜘蛛,有3到4只腿,可以在精密折疊的DNA軌道上行走。有些機器人可以走到50步,而有些扭動著胳膊,甚至可以在沿途捎帶幾個納米顆粒。
要DNA蜘蛛控制世界還為時尚早,它們還是蹣跚學(xué)步的孩子,只能實驗性地在充滿分子的環(huán)境里走兩步,而且還得科學(xué)家為其鋪設(shè)專門的軌道。
不過總有一天,它們的功能將不可限量。它們將在極小的尺度上進(jìn)行工作,而這些尺度對于宏觀的實驗儀器來說,根本難以企及。DNA機器人也將發(fā)現(xiàn)人體癌變細(xì)胞,利用自身攜帶的納米手術(shù)刀,它們就可以完成癌癥的治療。
那么,什么原理讓DNA機器人動起來呢?
通常情況下,細(xì)胞內(nèi)的DNA以雙螺旋結(jié)構(gòu)存在,也是所有生命形態(tài)的密碼,它穩(wěn)定且惰性,只有在制造蛋白質(zhì)的過程中才會彎曲。如今科學(xué)家發(fā)現(xiàn),DNA的基本組成單元即A、T、G和C四種堿基,由于A和T配對并吸引,而G和c也同樣吸引,所以利用特殊的編程,就可以實現(xiàn)兩條DNA鏈條——像兩條腿一樣,分離——合并,合并—分離……就像人走路一樣。
還有必不可少的一點,那就是DNA機器人必須走在特殊的路上——通過折紙工藝編制的DNA面上,或稱DNA折紙。DNA折紙由加州理工學(xué)院合成分子生物學(xué)家保羅-羅斯穆德所創(chuàng)。2006年,羅斯穆德利用一列DNA長鏈,來回折疊嵌套,直到出現(xiàn)二維的DNA折紙:納米三角,五角星,甚至是笑臉形狀。
DNA折紙為機器人提供了絕好的軌道,利用這個二維的平面,科學(xué)家就可以為機器人編程,用來控制它的行動。但目前的情況并不令人樂觀,因為當(dāng)DNA機器人爬過折紙之后,折紙則被撕裂而廢棄,所以機器人只能向前,不能后退,而折紙也不能重復(fù)使用。
不過科學(xué)家對此充滿信心,有人指出,總有一天DNA機器人可以脫離人造折紙,穿越細(xì)胞膜,在細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境行走自如。它們將有能力和不同的分子進(jìn)行配合,從而實現(xiàn)自由行走。
對于DNA機器人的前景,也有些研究人員持懷疑態(tài)度,認(rèn)為對于諸如DNA機器人等納米機器人的功能,最好不要太過樂觀?!翱茖W(xué)家能制造出相當(dāng)于人體大小十億分之一的可行走機器人,聽起來確實誘人,但是利用它來操控納米元件,以完成各種任務(wù),則顯得太過飄渺?!奔又堇砉W(xué)院生物工程師奈爾斯,皮爾斯說。
因此,工程師們正在不遺余力地開展這些納米機器人的功能實驗,以便發(fā)現(xiàn)它們的新用途?!坝袝r候,某個領(lǐng)域的成果往往在其它領(lǐng)域大展身手?!逼査拐f。
或許未來數(shù)十年間,成群的DNA機器人就能夠用來探尋人體病變的信號。這些機器人能夠相互通信,以聯(lián)手發(fā)現(xiàn)病變組織,且利用某些納米藥粒殲滅病變細(xì)