俄亥俄州立大学的杰夫·格雷贝尔 一种带有爪的机器人手臂纳米装置，可以拾取更小的物品
学分:俄亥俄州立大学 科学家们相信，有一天，基于脱氧核糖核酸的微型机器人和其他纳米设备将在我们体内输送药物，检测致命病原体的存在，并帮助制造越来越小的电子产品
研究人员通过开发一种新工具朝着这个未来迈出了一大步，这种新工具可以在短时间内设计出比以前更复杂的脱氧核糖核酸机器人和纳米设备
在今天发表在《自然材料》杂志上的一篇论文中，俄亥俄州立大学的研究人员——由前工程学博士生赵-黄敏领导——发布了他们称之为MagicDNA的新软件
该软件帮助研究人员设计方法，提取微小的脱氧核糖核酸链，并将它们结合成复杂的结构，包括转子和铰链等部件，这些部件可以移动并完成各种任务，包括药物输送
该研究的合著者、俄亥俄州立大学机械和航空航天工程副教授卡洛斯·卡斯特罗说，研究人员多年来一直在用速度较慢的工具和繁琐的手工步骤进行这项研究
“但是现在，我们花了几天时间设计的纳米设备现在只需要几分钟，”卡斯特罗说
现在，研究人员可以制造更复杂、更有用的纳米器件
该研究的合著者、俄亥俄州立大学机械与航空航天工程教授海说:“以前，我们可以制造多达六个独立部件的设备，用关节和铰链将它们连接起来，并试图让它们执行复杂的运动。”
“有了这个软件，制造机器人或其他拥有20个以上更容易控制的组件的设备就不难了
这是我们在设计纳米器件的能力上迈出的一大步，这种器件可以完成我们希望它们完成的复杂动作
" 该软件有多种优势，将帮助科学家设计更好、更有用的纳米设备，并——研究人员希望——缩短它们在日常使用前的时间
一个优点是，它允许研究人员真正在三维空间进行整个设计
早期的设计工具只允许二维创作，迫使研究人员将他们的创作映射到三维
这意味着设计师不能让他们的设备过于复杂
该软件还允许设计师“自下而上”或“自上而下”构建DNA结构
" 在“自下而上”的设计中，研究人员提取单个DNA链，并决定如何将它们组织成他们想要的结构，这允许对本地设备结构和属性的精细控制
一种看起来像飞行中的飞机的脱氧核糖核酸纳米装置
“飞机”比人类头发的宽度小1000倍
学分:俄亥俄州立大学 但是他们也可以采取一种“自上而下”的方法，即他们决定他们的整个设备需要如何几何形状，然后自动化如何将脱氧核糖核酸链放在一起
卡斯特罗说，将两者结合起来可以增加整体几何形状的复杂性，同时保持对单个组件属性的精确控制
该软件的另一个关键要素是，它允许模拟设计的脱氧核糖核酸设备在现实世界中如何移动和操作
卡斯特罗说:“随着这些结构变得越来越复杂，很难准确预测它们将会是什么样子，以及它们将会如何表现。”
“能够模拟我们的设备实际运行的方式至关重要
否则，我们会浪费很多时间
" 作为该软件能力的证明，合著者、俄亥俄州立大学化学和生物分子工程博士生安杰利卡·库西尼奇(Anjelica Kucinic)带领研究人员制作并表征了该软件设计的许多纳米结构
他们创造的一些设备包括带有爪子的机器人手臂，可以拿起更小的东西，以及一个看起来像飞机的100纳米大小的结构(“飞机”比人类头发的宽度小1000倍)
卡斯特罗说，制造更复杂的纳米器件的能力意味着他们可以用一个器件做更多有用的事情，甚至完成多项任务
例如，有一个脱氧核糖核酸机器人是一回事，它在注射到血液中后，可以检测某种病原体
“但是一个更复杂的装置不仅可以检测到不好的事情正在发生，还可以通过释放药物或捕捉病原体来做出反应，”他说
“我们希望能够设计出对刺激有特定反应或以特定方式移动的机器人
" 卡斯特罗说，他预计在接下来的几年里，MagicDNA软件将用于大学和其他研究实验室
但是它的使用在未来可能会扩大
“对基因纳米技术的商业兴趣越来越大，”他说
“我认为在未来5到10年内，我们将开始看到DNA纳米器件的商业应用，我们乐观地认为，这种软件可以帮助推动这一进程
"
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