"手速"超快，科学造出可高速运动的DNA机械臂

研究者将一个金纳米棒绑在了手臂上，带动它与基面上荧光物质（绿色与红色）发生作用

DNA纳米机器人系统是纳米机器中的一种，并在近些年得到了不断发展。而在2018年1月19日的《科学》杂志上，我们又看到了DNA纳米机器人实现的又一项“壮举”——研究人员利用电场加速了DNA机器人系统的运动速度。

该研究由德国慕尼黑工业大学 (TUM)的团队完成。论文的合作者，慕尼黑工业大学（TUM)）的费雷德里奇·塞米尔教授表示，之前大多数基于DNA分子的机器主要是由各式各样的DNA分子进行调控,包括利用额外添加外部DNA“燃料链”DNA杂交,DNA-切割酶,改变缓冲环境（如pH值）,或者使用化学光电开关收集光来诱导反应。不过，由于种种原因，这些方法最终使得运动行为非常的慢，需要数分钟甚至数小时的时间才能完成所需的运动过程。

与之前展示的DNA机器人系统或组装线相比，此次成果利用电场控制可以更快的对DNA机器进行移动和定位，并且该方法不需要添加任何的“燃料”或去改变缓冲环境。

此次实验中,塞米尔和他的同事们使用了一种分子自组装的技术：DNA折纸。这项技术可以将DNA链折叠成巧妙的结构。通过DNA折纸技术，团队创造了一个边长为55纳米的正方形刚性基面，它通过一个灵活的关节与一个25～400纳米的长臂相连接 (以上所涉及的结构均由DNA分子组成)。这个结构被固定在了一个定制的装满水的样品室底部，研究人员可以在刚性基面上加上任意方向的电场。

因为DNA是负电荷的，所以它可以被电场所操控，通过控制DNA的方向，研究人员能够让DNA手臂相对于基板做出任意角运动。电场除了对于DNA的进行快速的调控，还可以用来降低DNA对接的稳定性，从而加快解绑固定在基面上的DNA手臂。塞米尔补充道，当在基板上创建一些“对接点”的话 ,就可以利用电场将DNA臂从基板上的固定位移到另一个位置。另外当DNA手臂固定到一个特定的对接地时,如果绑定点固定作用足够强，即便我们撤掉电场，DNA手臂依然能很好的固定在该点。

该系统的一个重要特点是，DNA手臂既可以作为一个固定观察点的"指针",也可以起到类似杠杆臂的作用。当DNA臂上携带许多电荷时，外部电场在其上会产生很大的作用力,而这种力可以使得DNA臂绕支点进行转动或实现与结点的对接。将这个机械臂组装完成之后，研究人员把一个长度25nm的金颗粒放置到该DNA手臂可自由移动的一端。开启外电场之后，这个DNA机械臂就会开始旋转，带动顶端的纳米颗粒发生运动。

虽然确定DNA手臂的运行机制已经非常有意义了，但是塞米尔的研究团队有着更大的目标。接下来，他们会继续致力于研究如何利用DNA手臂来创建一个用于抓取和释放分子/纳米粒子的可靠机制,通过手臂将对象从获取区域移动到目标（靶）区域。

这种DNA手臂还可以与其他技术平台连用，任意拾取和释放所构分子的RNA或DNA聚合酶，在原子水平实现生物分子的3D打印。Simmel也认为，在该研究的潜在的应用上，组装复杂的分子结构的方式或许有点类似于3D打印机。尽管将分子迅速地3D打印出来是不可能的，但是这项工作为DNA纳米器件的调控开辟了新的方向。此外，可被远程控制的DNA手臂也适用于药物分子制备，实现药物在分子级别的精准释放。（摘自美《深科技》（编辑/小文）