基于DNA分子控制器的自组装和拆卸群体分子机器人

东北大学和京都大学的研究人员成功开发了一种基于DNA的分子控制器，该控制器可以自主指导分子机器人的组装和拆卸。这项开创性技术标志着朝着在医学和纳米技术中具有潜在应用的先进自主分子系统迈出了重要一步

这一突破的细节于2024年5月31日发表在《科学进展》杂志上。

东北大学工程研究生院副教授、该研究的合著者Shin ichiro M.Nomura指出：“我们新开发的分子控制器由人工设计的DNA分子和酶组成，与分子机器人共存，并通过输出特定的DNA分子来控制它们。”

“这使得分子机器人能够自动组装和拆卸，而无需外部操作。”

这种自主操作是一个关键的进步，因为它使分子机器人能够在外部信号无法到达的环境中执行任务

除了野村之外，研究团队还包括川松一树（京都大学科学研究生院副教授）、西山晃平（美因茨约翰内斯古腾堡大学研究生）和角谷明（京都大学研究生院教授）

分子机器人的研究正受到越来越多的关注，该机器人旨在通过体内外功能来帮助疾病治疗和诊断

Kakugo及其同事之前的研究开发了可以单独移动的群体型分子机器人。这些机器人可以通过外部操作作为一组进行组装和拆卸。但多亏了构建的分子控制器，机器人可以根据编程顺序自行组装和拆卸

分子控制器通过输出相当于“组装”命令的特定DNA信号来启动该过程。同一溶液中的微管经DNA修饰并由驱动蛋白分子马达推动，接收DNA信号，调整其运动方向，并自动组装成束状结构。随后，控制器输出“拆卸”信号，使微管束自动拆卸

这种动态变化是通过分子电路的精确控制实现的，分子电路的功能就像一个高度复杂的信号处理器。此外，分子控制器与分子机器人共存，无需外部操作

推进这项技术有望有助于开发更复杂、更先进的自主分子系统

因此，分子机器人可能会执行无法单独完成的任务，根据命令进行组装，然后分散探索目标。此外，这项研究通过整合不同的分子群体，如DNA电路系统和运动蛋白操作系统，扩展了分子机器人的活动条件

“这一进步可能导致纳米技术和医疗领域创新技术的实现，例如用于原位分子识别和诊断的纳米机器或智能药物递送系统。”