分子机器人：这些微型机器人几乎可以做任何事情

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  量子运行远见
• 2023 年 11 月 30 日

洞察总结

分子机器人技术是一项将机器人技术、分子生物学和纳米技术结合起来的跨学科项目，由哈佛大学 Wyss 研究所牵头，正在推动 DNA 链编程成为能够在分子水平上执行复杂任务的机器人。 利用 CRISPR 基因编辑，这些机器人可以彻底改变药物开发和诊断，Ultivue 和 NuProbe 等实体引领商业尝试。 虽然研究人员正在探索成群的 DNA 机器人来执行复杂的任务，类似于昆虫群落，但现实世界的应用仍然在眼前，有望在药物输送方面实现无与伦比的精确度，为纳米技术研究带来福音，并具有在各个行业构建分子材料的潜力。

分子机器人背景

哈佛大学维斯生物工程研究所的研究人员对 DNA 的其他潜在用例很感兴趣，DNA 可以组装成不同的形状、大小和功能。 他们尝试了机器人技术。 这一发现之所以成为可能，是因为 DNA 和机器人有一个共同点——针对特定目标进行编程的能力。 就机器人而言，它们可以通过二进制计算机代码进行操纵，而就DNA而言，则可以通过核苷酸序列进行操纵。 2016年，该研究所创建了分子机器人计划，汇集了机器人、分子生物学和纳米技术专家。 科学家们对分子的相对独立性和灵活性感到兴奋，这些分子可以自组装并对环境实时做出反应。 这一功能意味着这些可编程分子可用于创建纳米级设备，这些设备可在不同行业中使用。

分子机器人技术得益于基因研究的最新突破，特别是基因编辑工具 CRISPR（成簇的规则间隔的短回文重复序列）。 该工具可以根据需要读取、编辑和切割 DNA 链。 通过这项技术，DNA分子可以被操纵成更精确的形状和特征，包括可以检测细胞中任何潜在疾病并自动杀死它或阻止其癌变的生物电路。 这种可能性意味着分子机器人可以彻底改变药物开发、诊断和治疗。 Wyss Institute 在该项目上取得了令人难以置信的进展，已经建立了两家商业公司：用于高精度组织成像的 Ultivue 和用于核酸诊断的 NuProbe。

破坏性影响

分子机器人的主要好处之一是这些微型设备可以相互交互以实现更复杂的目标。 研究人员从蚂蚁和蜜蜂等昆虫群体中汲取灵感，正在开发机器人群，这些机器人可以通过红外光相互通信，形成复杂的形状并完成任务。 这种类型的纳米技术混合体可以通过机器人的计算能力来增强 DNA 的限制，可以有多种应用，包括更有效的数据存储，从而降低碳排放。

2022 年 XNUMX 月，来自佐治亚州埃默里大学的学生创造了带有基于 DNA 的电机的分子机器人，可以有意识地朝特定方向移动。 电机能够感知环境中的化学变化，并知道何时停止移动或重新校准方向。 研究人员表示，这一发现是向医学测试和诊断迈出的一大步，因为群体分子机器人现在可以进行电机间通信。 这一发展还意味着这些蜂群可以帮助控制糖尿病或高血压等慢性疾病。 然而，虽然这一领域的研究已经取得了一些进展，但大多数科学家都认为，这些微型机器人的大规模实际应用还需要数年时间。

分子机器人技术的意义

分子机器人技术的更广泛影响可能包括： 

• 对人体细胞进行更准确的研究，包括能够将药物输送到特定细胞。
• 增加对纳米技术研究的投资，特别是医疗保健提供者和大型制药公司。
• 工业部门能够使用大量分子机器人来制造复杂的机械零件和用品。
• 越来越多地发现可应用于从服装到建筑部件等任何事物的分子材料。
• 纳米机器人可以通过编程来改变其成分和酸度，具体取决于它们是否需要在生物体内或外部工作，使它们成为具有高度成本效益和灵活的工人。

要评论的问题

• 分子机器人在工业中还有哪些其他潜在好处？
• 分子机器人在生物学和医疗保健领域还有哪些其他潜在好处？