艾莉森·M
埃默里大学周 十六股脱氧核糖核酸以四对四的方式堆叠在一起，形成了脱氧核糖核酸马达的梁形底盘(灰色)
一些脱氧核糖核酸(绿色)像小脚一样从底盘上伸出来
马达的燃料是放在轨道上的核糖核酸
核糖核酸与底盘底面的脱氧核糖核酸脚结合
一种以结合的核糖核酸为目标的酶会破坏这些核糖核酸分子(灰色和红色)
这个过程不断重复，因为更多的核糖核酸拉着脱氧核糖核酸的脚，使底盘向前倾斜，导致它滚动
信用:斯蒂芬妮·琼斯，生物插图
com 通过一种被称为“脱氧核糖核酸折纸”的技术，科学家们创造了迄今为止最快、最持久的脱氧核糖核酸纳米马达
Angewandte Chemie发表了这些发现，这些发现为如何在纳米尺度上优化马达的设计提供了蓝图——比典型的人体细胞小数百倍
该论文的资深作者、埃默里大学的化学教授哈利德·萨莱塔说:“纳米马达在生物传感、合成细胞制造以及分子机器人方面有着巨大的应用潜力。”
“脱氧核糖核酸折纸术使我们能够修改马达的结构，梳理出控制其性能的设计参数
" 新的脱氧核糖核酸马达是杆状的，使用核糖核酸燃料在没有人类干预的情况下，以每分钟100纳米的速度持续直线滚动
这比以前的脱氧核糖核酸马达快10倍
萨拉塔也是华莱士学院的教员
库尔特生物医学工程系，佐治亚理工学院和埃默里大学的联合项目
这篇论文是由萨莱塔实验室和埃默里大学医学院助理教授柯永刚以及华莱士·H
库尔特生物医学工程系
“我们的基因工程马达速度很快，”柯说，“但要实现自然界生物马达的多功能性和效率，我们还有很长的路要走。”
最终，我们的目标是制造与蛋白质的复杂程度和功能相匹配的人工马达，这些蛋白质在细胞中运送货物，并允许它们执行各种功能
" 由脱氧核糖核酸制成的东西，以日本传统的折纸工艺命名为脱氧核糖核酸折纸，利用脱氧核糖核酸碱基A、G、C和T的天然亲和力相互配对。
通过移动链上的字母序列，研究人员可以让DNA链以创造不同形状的方式结合在一起
脱氧核糖核酸折纸的硬度也可以很容易地调整，所以它们可以像一块干意大利面条一样保持直，或者像煮意大利面条一样弯曲和卷曲
近几十年来，不断增长的计算能力，以及基因组学行业对DNA自组装的使用，极大地推进了DNA折纸领域
脱氧核糖核酸马达的潜在用途包括纳米胶囊形式的药物输送装置，当它们到达目标位置时会打开，纳米计算机和纳米机器人在纳米装配线上工作
“这些应用现在看起来像科幻小说，但我们的工作有助于让它们更接近现实，”埃默里大学的博士艾丽西娜·巴兹拉夫山说
D
新论文的候选人和第一作者
脱氧核糖核酸马达最大的挑战之一是，在纳米尺度上控制运动的规则不同于人类可以看到的物体
分子规模的设备必须通过不断的分子弹幕来战斗
这些力可以导致这种微小的装置像漂浮在河流表面的花粉一样随机漂移，这种现象被称为布朗运动
液体的粘度也会对像分子一样微小的东西产生更大的影响，所以水变得更像糖蜜
许多以前的脱氧核糖核酸马达以机械的腿对腿运动“行走”
问题是两条腿的版本往往天生不稳定
两条腿以上的行走马达获得稳定性，但多余的腿会使它们变慢
埃默里大学的研究人员通过设计一个可以滚动的杆状脱氧核糖核酸马达解决了这些问题
马达的杆或“底盘”由16条脱氧核糖核酸链组成，以四乘四的堆叠方式结合在一起，形成一个具有四个平边的梁
杆的每一面都突出36个脱氧核糖核酸片段，就像小脚一样
“脱氧核糖核酸折纸术使我们能够修改马达的结构，梳理出控制其性能的设计参数，”萨拉塔说
研究人员提供了一个模型，其他人可以遵循这个模型来设计具有一系列属性和功能的脱氧核糖核酸马达
学分:埃默里大学 为了推动它的运动，马达被放置在核糖核酸的轨道上，核糖核酸是一种核酸，其碱基对与脱氧核糖核酸碱基对互补
核糖核酸拉着马达一面的脱氧核糖核酸脚，把它们绑在轨道上
一种只针对与脱氧核糖核酸结合的核糖核酸的酶，会迅速破坏结合的核糖核酸
这导致马达转动，因为马达下一面的脱氧核糖核酸脚被它们对核糖核酸的吸引力向前拉
滚动的脱氧核糖核酸马达形成一条持久的路径，所以它继续沿着直线移动，与行走的脱氧核糖核酸马达的更随机的运动相反
滚动还增加了新的脱氧核糖核酸马达的速度:它可以在两三个小时内移动一个人类干细胞的长度
以前的脱氧核糖核酸马达需要大约一天的时间才能走完同样的距离，而且大多数都缺乏坚持才能走那么远
最大的挑战之一是在纳米尺度上测量马达的速度
通过在脱氧核糖核酸马达的两端添加荧光标签，并优化荧光显微镜的成像条件，这个问题得到了解决
通过反复试验，研究人员确定刚性杆的形状最适合直线运动，电机每面36英尺提供了最佳的速度密度
“我们为脱氧核糖核酸折纸马达提供了一个可调平台，其他研究人员可以使用它来设计、测试和优化马达，以进一步推进这一领域，”巴兹拉夫山说
“我们的系统允许您测试各种变量的影响，如底盘形状和刚度以及支腿的数量和密度，以微调您的设计
" 例如，哪些变量会导致一个绕圈运动的DNA马达？还是绕过障碍的马达？或者是一个对特定目标做出反应的机器人？ “我们希望其他研究人员能在这些发现的基础上提出其他创造性的设计，”巴兹拉夫山说
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
