中外科學家聯合研製出單分子DNA巡航機器人！

上海交通大學與中科院上海應用物理研究所、德國慕尼黑工業大學等部門合作研製了一種單分子DNA巡航機器人，並實現了納米尺度的迷宮行走。相關成果日前在線發表於《自然—材料》雜誌。

蛋白質機器是細胞內發揮生理功能的重要單元。化學家一直努力在試管中設計與合成人工分子機器，以模擬生物體內的天然分子機器功能，並利用人工分子機器構建單分子機器人。DNA分子作為一種進化產生的遺傳物質，具有卓越的鹼基配對識別能力，可實現精確的分子自組裝，並且可構築具有高太空分辨和定位能力的納米結構。因此，DNA納米結構已在納米電子學、納米光子學、單分子催化等研究領域中發揮了重要作用。

此次研究人員通過將DNA雜交鏈式反應精確“錨定”到DNA納米結構上，實現在納米界面上沿著設計路徑的分子級聯反應。借助於原子力顯微鏡和超分辨顯微鏡等單分子成像技術，研究人員可清晰地觀察到DNA分子機器人的行走軌跡。該DNA分子機器人在引發信號鏈的作用下，可以沿著預先設定的路徑直線或轉彎行走。

為展示DNA分子機器人的智能運算能力，研究人員在DNA納米結構上設計了一個迷宮，利用DNA分子機器人的並行運算能力求解這個迷宮問題。迷宮有唯一的入口和唯一的出口，以及四個非出口的終點。在DNA分子機器人行走過程中，每個結構上DNA分子會從起點開始，走向一個終點，或者走向出口。通過單分子成像，研究人員觀察到了DNA分子行走過的所有路徑，從而獲得迷宮正確行走路徑的解。

相關專家表示，這種將DNA分子反應與智能運算的有機結合，為發展單分子智能傳感和疾病診療提供了新思路。