在現(xiàn)代制造業(yè)中,工業(yè)機(jī)器人因可完成高精度自動(dòng)化操作而成為關(guān)鍵組成部分。納米級(jí)的工業(yè)機(jī)器人作為創(chuàng)新的制造平臺(tái),在處理和生產(chǎn)納米材料方面頗具應(yīng)用潛力。然而,制造這種納米機(jī)器人面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。此前,科學(xué)家提出的DNA納米技術(shù),以0.3納米的高精度,為精確、可控地自組裝各類納米材料提供了新方法。這一技術(shù)在生物芯片、生物計(jì)算機(jī)、核酸藥物等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用前景。當(dāng)前,DNA納米技術(shù)在制造納米機(jī)器人方面展示出潛力。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所新型藥物制劑材料與技術(shù)團(tuán)隊(duì)副研究員周峰,致力于可控生物納米材料的設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用。研究前期聚焦于精確控制生物納米材料的組裝過程,并在將其廣泛應(yīng)用于納米制造方面取得了成果。近日,寧波材料所在設(shè)計(jì)和制造能夠自我復(fù)制的三維DNA納米機(jī)器人方面取得了進(jìn)展。
本研究創(chuàng)新地運(yùn)用DNA納米技術(shù),結(jié)合可折疊的支架結(jié)構(gòu)和多重響應(yīng)控制方式,研發(fā)出新型的三維DNA工業(yè)納米機(jī)器人。這些機(jī)器人能夠在納米尺度上自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)任務(wù),并可以高精度地制造出具有特定結(jié)構(gòu)的手性納米材料。該納米機(jī)器人的大小約為100納米,能夠利用溫度控制和紫外線(UV)來操控和對(duì)齊納米尺寸的零件,而后將納米零件精準(zhǔn)地焊接在一起,制造出所需的納米結(jié)構(gòu),并在完成后重置,以進(jìn)行下一個(gè)操作。這種方法使得這些納米機(jī)器人能用普通零件制造出具有光學(xué)特性的手性納米產(chǎn)物。此外,這些納米機(jī)器人還可以通過“可控折疊”技術(shù)增加制造過程中的靈活性。這一技術(shù)使得機(jī)器人能夠完成三維結(jié)構(gòu)的多循環(huán)自我復(fù)制,對(duì)于實(shí)現(xiàn)納米材料的大規(guī)模生產(chǎn)頗為重要。未來,DNA工業(yè)納米機(jī)器人有望使用核酸適配體等先進(jìn)技術(shù)精準(zhǔn)地捕獲、操縱和定位,以制備蛋白質(zhì)、磷脂膜等生物材料,從而在藥物遞送領(lǐng)域尤其是在靶向遞送核酸或蛋白藥物方面發(fā)揮作用。
相關(guān)研究成果以Toward Three-Dimensional DNA Industrial Nanorobot為題,發(fā)表在《科學(xué)-機(jī)器人》(Science Robotics,DOI: 10.1126/scirobotics.adf1274)上。該成果的第一完成單位為寧波材料所。該研究由寧波材料所與美國紐約大學(xué)合作完成。研究工作得到中國科學(xué)院的支持。