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工程师们利用DNA来创造“栩栩如生”的机器

2019-05-11 10:35:36   来源:

利用DNA独特的性质,康奈尔大学的工程师们创造了简单的机器,这些机器由具有生物特性的生物材料构成。

使用他们所谓的DASH(基于DNA的装配和合成的分层)材料,工程师构建了具有新陈代谢能力的DNA材料,以及自我组装和组织 - 生活的三个关键特征。

“我们正在推出一种全新的,逼真的材料概念,由其自身的人工新陈代谢提供动力。我们不是在制作一些活着的东西,但我们正在创造比以往任何时候都更加逼真的材料,”Dan Luo说。生物与环境工程教授。

该论文发表在Science Robotics上。

对于任何维持生命的生物体,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被扫除。生物合成和生物降解是自我可持续性的关键要素,需要新陈代谢来维持其形式和功能。

通过这个系统,DNA分子被合成并以分层方式组装成模式,从而产生可以使动态,自主的生长和衰变过程永久化的东西。

使用DASH,康奈尔大学的工程师们创造了一种生物材料,可以从其纳米级构建块中自主地出现并自行排列 - 首先是聚合物,最后是中尺度形状。从55个核苷酸的基础种子序列开始,DNA分子成倍增加数倍,产生几毫米大小的重复DNA链。然后将反应溶液注入微流体装置中,该装置提供液体能量流和用于生物合成的必要构件。

随着流过材料的流动,DNA合成了自己的新链,材料的前端生长,尾端降低,优化平衡。通过这种方式,它以与粘泥模具移动方式类似的方式形成自己的运动,向前蠕动。

机车能力使研究人员能够在竞争激烈的比赛中将各种材料相互对接。由于环境中的随机性,一个身体最终将获得优势,允许一个人首先越过终点线。

“这些设计仍然是原始的,但他们展示了一条通过生物分子创造动态机器的新途径。我们迈出了通过人工新陈代谢构建逼真机器人的第一步,”罗实验室讲师和研究助理Shogo Hamada说道。和论文的共同作者。“即使从简单的设计,我们也能够创造出像赛车这样的复杂行为。人工新陈代谢可以开启机器人领域的新领域。”