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日本研发微机器人:DNA控制像细胞一样移动

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供稿:中国工控网 2017/3/10 13:16:32
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       生物是最鼓舞人心的存在,但也很难在机器人技术中进行复制。为了实现这个目标,日本的研究人员成功设计了一种微小的机器人系统,可以像一个活体细胞一样移动。上周,科学家们在“科学机器人”杂志上发表了相关研究成果。

       该系统被称为分子机器人,大小形状类似于阿米巴变形虫。样子像是一个充满液体的囊,该结构体内含有大约27种生物和化学成分组成,该机器人研究人员之一,日本仙台东北大学的生物工程师野村一郎说。

       分子组件协同工作通过拉伸动作来改变囊的形状,在液体环境中推动囊体像细胞一样运动。通过使用对光敏感的DNA信号来控制囊体运动的启止。

日本研发微机器人:DNA控制像细胞一样移动

       除了以这种奇特方式运动,该变形虫机器人能做的并不多。但这就是该发明的绝妙之处,野村说。机器人可作为一种载体,可以装配研究人员想到的任何东西:微型计算机,传感器,甚至药物。配备了这些工具后,变形虫机器人系统就可以用来探索生物分子环境。它可以寻找毒素,检查其他细胞的表面或是分析培养皿内的物质。

       野村和他的同事们已经想出了一种方法来打包和运输相关工具,以便其他科学家可以“愉快地操控机器人”,并装配上自己需要的组件。他希望该平台将用于构建越来越复杂的具有可控的运动性的分子机器人。

       最终,野村想看到机器人能够在细胞内运作。“这是一个前沿科技,”野村说。变形虫机器人可以潜入细胞内部及其细胞核,可以诊断,寻找细胞内部的问题。“这有点梦幻,”野村说,但值得注意的是,他的机器人尺寸可以减小到小于一微米-足够小,以适应细胞内部。

       研究人员已经开发了许多概念验证的微米和纳米级机器人,它们可以在身体内移动和通信。许多这些微小的机器人由可生物降解的材料制成,并且由磁,化学或超声波力量来驱动。

       野村的分子机器人的不同之处在于它完全由生物和化学成分组成,像细胞一样移动,并由DNA控制。其他已经开发出来的分子机器人,没有一个具有这种可操控的动力,野村说。

       野村说,花了大约一年半的时间使用27种不同的化学成分来制造分子机器人。脂质结构的膜用作可延展的机器人主体。在机器人里面,特殊的蛋白质撞到膜,导致它改变形状,类似于有人从袋子内部向外击打。

       这样的冲击运动仅在被称为驱动蛋白和微管的关键蛋白通过锚单元连接到膜时发生。该连接由光敏DNA提供。当紫外光照射在机器人上时,内部的光敏DNA裂成单链。然后它可以锁定到锚单元和驱动蛋白-微管结构,形成它们之间的桥梁。

日本研发微机器人:DNA控制像细胞一样移动

       微管蛋白,其是刚性的,长型结构,在腺苷三磷酸或ATP-细胞内能量转运分子的帮助下沿着驱动蛋白蛋白滑动。当它们滑动时,可以击打机器人的外膜,导致其改变形状。

       通过使用这种分子的组合,野村和他的同事成功地模拟了细胞的运动。但是如果这项技术是完全由生物组件组装,由ATP进行化学驱动,我们真的可以称之为机器人?“机器人的定义很广的,”野村说。如果有样东西拥有一个实体,可以感知和处理信息并执行一个功能,它就是一个机器人,他说。

       无论是机器人或者细胞机器人,我们都期待着看到工程师会在里面放置哪些功能。

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新闻来源: 互联网/50cnnet

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