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利用DNA创造出“栩栩如生”的机器

2019-09-12 28基因相关生物材料

利用DNA创造出“栩栩如生”的机器:利用DNA的独特性质,康奈尔大学的工程师们创造了由具有生物特性的生物材料构成的简单机器。

新材料

利用他们所称的DASH(基于DNA的层次结构组装和合成)材料,工程师们构建了一种具有新陈代谢能力的DNA材料,此外还有自我组装和组织能力——生命的三个关键特征。

“我们引入了一种全新的、栩栩如生的材料概念,其动力来自其自身的人工代谢。我们不是在制造有生命的东西,而是在创造比以往任何时候都更逼真的材料,”生物与环境工程学教授Dan Luo说。这篇论文发表在《科学机器人》杂志上。

管理变化的系统

任何生物体要维持自身,都必须有一个管理变化的系统。必须生成新的细胞;旧的细胞和废物必须清除。生物合成和生物降解是自我维持的关键因素,需要代谢来维持其形式和功能。

通过这个系统,DNA分子被合成并以一种分层的方式组装成模式,从而产生一种能够使生长和衰退的动态、自主过程永久化的东西。

利用DNA创造出“栩栩如生”的机器

利用DASH,康奈尔大学的工程师们创造了一种生物材料,这种材料可以从纳米级的构建块中自动生成,并自行排列——首先形成聚合物,最终形成中尺度的形状。从一个55个核苷酸碱基的种子序列开始,DNA分子被复制成千上万次,形成了几毫米大小的重复DNA链。然后将反应溶液注入微流控装置,该装置提供了能量的液体流动和生物合成所需的构件。

当水流经过材料时,DNA合成了自己的新链,材料的前端生长,而尾部在最佳的平衡下降解。就这样,它开始自己移动,逆着水流向前爬行,就像粘菌移动一样。

火车头的能力使研究人员能够在竞赛中让不同的材料相互竞争。由于环境的随机性,一个人最终会获得比另一个人的优势,允许一个人先跨过终点线。

“这些设计仍然很原始,但它们展示了从生物分子创造动态机器的新途径。我们正处于利用DNA创造出“栩栩如生”的机器的第一步。”“即使是一个简单的设计,我们也能创造出复杂的行为,比如赛车。人工代谢可能会在机器人领域开辟一个新领域。”

引用

Cornell University. "Engineers tap DNA to create 'lifelike' machines." ScienceDaily. ScienceDaily, 11 April 2019.
www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190411145103.htm.

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