研究人员打造DNA折叠涡轮 直径仅为25纳米

研究人员打造DNA折叠涡轮直径仅为25纳米研究人员开发出一种DNA折叠纳米涡轮，它具有根据离子浓度改变旋转方向的独特能力。这一进展为未来在细胞水平上的药物输送提供了潜力，并强调了利用盐梯度能量的前景。图片来源：CeesDekker实验室/SciXel从风车到飞机，流动驱动的涡轮机是塑造我们社会的许多革命性机器的核心。甚至生命本身的基本过程也严重依赖涡轮机，例如为生物细胞产生燃料的FoF1-ATP合酶和推动细菌的细菌鞭毛马达。这种纳米涡轮机有一个直径为25纳米的转子，由DNA材料制成，叶片按右手或左手方向配置，以控制旋转方向。为了运转，这种结构要停靠在强大的水流中，水流受电场或盐浓度差的控制，从薄膜上的纳米孔（一个微小的开口）流出。我们用涡轮机驱动一根刚性杆，每秒可转10圈。DNA折叠纳米涡轮的旋转受离子浓度的影响，为先进的药物输送和利用盐梯度获取能量铺平了道路。图片来源：CeesDekker实验室/SciXel这项研究最引人入胜的发现之一是DNA折纸纳米涡轮旋转的独特性。它的行为受离子浓度的影响，根据溶液中Na+离子的浓度，同一个涡轮可以顺时针或逆时针旋转。这一纳米级领域独有的独特功能是离子、水和DNA之间错综复杂的相互作用的结果。这些发现得到了伊利诺伊大学AlekseiAksimentiev小组大量分子动力学模拟和哥廷根大学MPI研究所RaminGolestanian理论建模的严格支持，有望拓展纳米技术的视野，并提供大量应用。例如，未来我们也许可以利用DNA折纸制作纳米机器，将药物输送到人体内的特定类型细胞中。这项研究的负责人塞斯-德克尔（CeesDekker）介绍了他们的研究方法："我们与慕尼黑工业大学亨德里克-迪茨（HendrikDietz）实验室的合作者一起，利用以前在DNA旋转电机方面的研究成果，创造出了一种可以完全控制其设计和运行的涡轮机。DNA折纸技术利用互补DNA碱基对之间的特殊相互作用来构建动态三维纳米物体。这种设计可以通过叶片的手感控制涡轮在纳米孔中的旋转方向，并可将涡轮直接集成到其他纳米机器上。"这项研究成果是继去年推出DNA有源纳米转子之后的又一成果，DNA有源纳米转子是一种能够将电能或盐梯度转化为实际机械功的自配置装置。更多信息用DNA构建纳米级转子。研究人员已经揭示了利用纳米孔中的水和盐推动纳米级转子的基本原理。在合理设计的推动下，今年的突破标志着其工作进入了下一个阶段，为未来的仿生跨膜机器奠定了基础，并有可能利用盐梯度的能量，这是生物马达能够使用的重要能源。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393237.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393237.htm

可用来抗击癌症的纳米机器人抗体首次进入人体试验阶段

可用来抗击癌症的纳米机器人抗体首次进入人体试验阶段该试验目前正在澳大利亚进行，如果按计划进行，纳米机器人抗体将能够对抗肿瘤周围的细胞，这些细胞可以帮助肿瘤，同时也能提高细胞抑制癌细胞生长的能力。这些抗体是由YanayOfran教授发明的，并以人类和动物的抗体为基础。Ofran说，这些纳米机器人抗体的目标是释放抗体的全部潜力。目前，抗体在医学上的使用只利用了这些天然疾病斗士所提供的一小部分能力。因此，找到一种方法来最大限度地发挥它们的能力，一直是一个长期目标。这些抗体可以保持多年的作用，它们安全、稳定，甚至易于使用，这也有助于使它们作为对抗癌症等多产疾病的一种方式更加诱人。这使得它们比我们最近看到的冒出来的杀癌病毒更有保质期。但是，抗体治疗并不只是与癌症有关。因为它们是在计算机上设计的，它们也可以被设计成提供其他功能，使这些纳米机器人抗体对多种功能有用。这种可编程性使它们能够调查其周围环境，甚至根据需要以不同的方式行事，以帮助抵御疾病、病毒等。它们是第一个进入人体试验的计算机设计的抗体，这对于Ofran和该领域的其他人正在努力实现的目标是一个巨大的成就。希望这些纳米机器人抗体能继续发挥作用，并在未来看到它们得到更广泛的应用。这也不是我们第一次看到纳米机器人出现在医学领域。此前，科学家们从青蛙细胞中制造了微小的纳米机器人，他们希望这将有助于防止某些病人的心脏病发作。了解更多：https://static1.squarespace.com/static/6000462c2a4b6f7ab28344fe/t/603e3344522efc449c13fc48/1614689114646/Computational+design+of+antibodies...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333579.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333579.htm

东南大学在微型胶体机器人研究方面取得进展

东南大学在微型胶体机器人研究方面取得进展东南大学博士生王小雨为第一作者，李全和青年教师杨涛为共同通讯作者。微纳机器人是指能在微纳尺度下实现可控驱动和感知，最终实现体内药物递送和疾病治疗的复杂体系。受自然界蜂群鱼群等启发，微型机器人集群凭借其协同推进，递送和信号传输模式而受到越来越多的关注。外场响应性胶体作为新型的微型机器人体系，其动态组装可作为机器人集群的有效手段。然而目前已有的胶体机器人组装结构仅限于密集的胶粒团聚体，大大限制了其功能性。如何构建复杂的胶体组装结构功能体系，建立相应的构效关系是一个亟需突破的挑战。李全团队提出了一种介稳态的胶体结构组装方法，通过组装路径设计，首次实现了由超顺磁性胶体微球组装成复杂的三维空心管状结构。该方法适用范围广，能实现从200纳米到30微米超顺磁性胶粒在包括血液在内的非牛顿流体内的多次反复组装。组装的微管机器人可以通过外部磁场精确控制三维趋向，推进方向和速度，内部的中空空间使这些管状微型机器人能够根据指令抓取、运输和释放货物。此外，两个微管机器人能沿轴向合并，重组成新的机器人。相比于其他组装结构，微管机器人的介稳结构可以维持其径向反复压缩，因此可用作微镊子对内部红细胞等柔性货物进行挤压，实现对目标物体的原位探测。该工作为复杂胶体组装和微型机器人操控等提供了新思路。该研究工作得到了江苏省“双创团队”、江苏省自然科学基金等项目的资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384775.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1384775.htm

美国设计出可高效杀灭真菌病原体纳米机器人

美国设计出可高效杀灭真菌病原体纳米机器人美国科研人员设计出能在10分钟内高效杀灭常见真菌病原体的新型纳米机器人，为人类治疗真菌感染问题提供助力。新华社星期天（5月28日）报道，美国宾夕法尼亚大学日前发布新闻公报说，研究员设计出一种由氧化铁纳米酶制成的纳米机器人，可实现快速、精准杀灭白色念珠菌（Candidaalbicans）的效果。据了解，一些纳米材料具有抗真菌作用，但相关技术的效率和准确性不足，因此控制感染的效果不理想，还容易导致真菌产生耐药性。不过，这篇发表在德国《先进材料》杂志的新研究成功克服了上述缺点。研究员在以细胞球和动物组织样本进行测试后发现，纳米机器人能在十分钟内清除感染部位的白色念珠菌，这种纳米机器人能在磁场控制下精确到达指定位置。纳米酶是像生物酶一样具有催化作用的纳米颗粒，特定氧化铁纳米酶的性质与生物体内常见的过氧化物酶（Peroxidase）相似，能把过氧化氢（Hydrogenperoxid）分解成水和氧气，以产生可杀灭真菌的活性氧。研究发现，通过可编程算法精确调控纳米机器人的形状和运动模式，可以控制活性氧的水平。这种氧化铁纳米酶对真菌细胞的亲和力特别强，能与真菌牢固结合、集中杀灭，且不会影响没有被感染的部位。真菌感染问题在全球范围内愈发普遍，市面上仅有的一些药物正面临耐药性威胁。根据世界卫生组织（WHO）2022年发布的一份报告，白色念珠菌是对人类健康威胁最大的四种真菌病原体之一。

科学家用植物水凝胶制造可导航、可改变形状的微型机器人

科学家用植物水凝胶制造可导航、可改变形状的微型机器人与刚性微型机器人不同，软性微型机器人对组织更友好，因为它们可以轻松通过或挤入生物系统。然而，挑战在于如何制造出能够感知和适应环境的软微型机器人，而且由于它们是异物，不会引发免疫反应。英国滑铁卢大学（UniversityofWaterloo）的研究人员开发了一种生物相容性植物水凝胶，用于制造可导航的微型机器人，这种机器人能够根据外部化学刺激改变形状。该研究的通讯作者哈迈德-沙沙万（HamedShahsavan）说："在我的研究小组中，我们正在连接新与旧。"我们利用水凝胶、液晶和胶体等传统软物质，推出了新兴的微型机器人。"这种微小的软机器人最长只有0.4英寸（1厘米），由先进的水凝胶复合材料制成，其中包括可持续的、植物提取的纤维素纳米颗粒。除了具有生物相容性和无毒性外，这种材料还能自我修复；它可以切割，然后再粘合在一起，无需胶水或其他粘合剂，就能形成不同的形状，用于不同的应用。当受到化学刺激时，水凝胶会改变形状，研究人员可以随意调整纤维素纳米粒子的方向，从而"编程"机器人的形状变化，这对于软体机器人来说是一项重要的能力。研究人员设计并测试了两个具有pH响应的小型机器人。第一个机器人能够在pH值的触发下抓取、转移和释放球形或不规则的软生物货物。第二个机器人可以利用磁场通过远程导航在迷宫中转移轻型货物，如下面滑铁卢工程公司制作的视频所示。完成迷宫后，盐酸会使机器人展开并放下货物。研究人员说，水凝胶的pH响应特性意味着微型机器人有可能用于原生pH值较高的人体器官，并有能力耐受酸性pH环境，如膀胱。研究人员计划改进他们的设计，然后在实际应用中进行测试，包括开发一种机械性能更强的水凝胶配方，以提高承载能力。他们还计划将机器人微型化到纳米级尺寸，以便用于治疗或诊断。这种植物基水凝胶的开发标志着人们不再使用由天然聚合物组成的水凝胶，其中一种天然聚合物是从动物组织中提取的明胶。在最近的另一项研究中，来自新南威尔士大学悉尼分校（UNSW）的研究人员创造了一种实验室制造的水凝胶，这种水凝胶模仿人体组织，具有抗菌和自我修复功能，但不使用动物产品。该研究的第一作者阿什利-阮（AshleyNguyen）说："天然水凝胶在社会中广泛使用，从食品加工到化妆品，但需要从动物身上采集，这就带来了伦理问题。另外，动物提取的材料用于人体也有问题，因为会产生负面的免疫反应"。新南威尔士大学的研究人员转而使用所谓的"色氨酸拉链"（或称Trpzip）来制造水凝胶，Trpzip是含有多个色氨酸的氨基酸短链，可作为拉链促进自组装。新南威尔士大学的Trpzip水凝胶不含动物产品图/新南威尔士大学悉尼分校"我们认为，Trpzip水凝胶和类似材料将为动物源性产品提供更统一、更具成本效益的替代品，"该研究的通讯作者克里斯托弗-基利安（KristopherKilian）说。"如果我们的材料能减少科学研究中使用的动物数量，那将是一个巨大的成果。"滑铁卢大学的研究和新南威尔士大学的研究均发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391889.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391889.htm

用人体细胞制成的微型生物机器人无需修改DNA就能促进神经元生长

用人体细胞制成的微型生物机器人无需修改DNA就能促进神经元生长研究人员利用人体气管细胞制造出了微小的生物机器人，它们可以自行移动并协同工作，促进受损神经元的愈合，而无需修改基因。这种微型机器人有可能改变再生医学和疾病治疗。此前，塔夫茨大学与佛蒙特大学合作，利用青蛙胚胎细胞创造了一种多细胞生物机器人，名为"Xenobot"，能够导航、记录信息和自我修复。当时，研究人员还不确定这些能力是否因为Xenobot是用青蛙细胞制造的，或者是否可以用其他物种的细胞制造生物机器人。在目前的研究中，研究人员希望了解是否可以将细胞从其自然环境中移除，并重新组合成不同的"身体计划"，以执行其他功能。他们发现，使用成人人类细胞可以制造出机器人，无需进行基因改造，而且能力更强。该研究的第一作者和通讯作者吉泽姆-古穆斯卡亚（GizemGumuskaya）说："我们想探究细胞除了在体内创建默认功能外还能做些什么。通过重新编程细胞之间的相互作用，可以创建新的多细胞结构，这就好比石头和砖块可以排列成不同的结构元素，如墙壁、拱门或柱子。"他们首先从人体气管表面提取气管细胞，然后开发出一种新的方案，利用支气管上皮祖细胞现有的能力，形成带有纤毛的多细胞球体，纤毛是一种微小的毛发状结构，可以振动移动。他们修改了这一过程，以产生纤毛包裹的球体；也就是说，纤毛结构位于球体外部而非内部。几天之内，这种被研究人员称为"Anthrobots"的新型细胞在纤毛的驱动下开始移动。这些机器人完全长成后大小从30微米到500微米不等，有的呈球形并完全被纤毛覆盖，有的则呈不规则或足球状，纤毛覆盖不均匀。纤毛的分布决定了机器人的运动方式，它们或在直线或曲线路径上循环或摆动。Anthrobots通常在实验室条件下存活45至60天，然后自然降解。"Anthrobots可以在实验室培养皿中自我组装，"Gumuskaya说。"与Xenobots不同，它们不需要镊子或手术刀来塑造形状，我们可以使用成人细胞，甚至是老年患者的细胞，而不是胚胎细胞。它完全可以扩展--我们可以并行生产成群的这些机器人，这是开发治疗工具的良好开端。"不同大小和形状的Anthrobots群GizemGumuskaya/塔夫茨大学研究人员在实验室培养皿中培养了一层二维人类神经元，然后用一根细金属棒划伤细胞，制造出一个没有细胞的"伤口"。他们将一群Anthrobots机器人放入培养皿中，观察它们在神经元表面移动的情况。这些机器人促进了新细胞的生长，填补了伤口造成的空隙，并形成了与健康细胞一样粗的神经元桥。在没有Anthrobots的伤口处，神经元没有生长。另一位通讯作者迈克尔-莱文（MichaelLevin）说："我们在实验室中构建的细胞组合体可以拥有超越它们在体内的功能。正常患者的气管细胞在不改变其DNA的情况下，可以自行移动并促进神经元在受损区域的生长，这令人着迷，也完全出乎意料。我们现在正在研究这种愈合机制是如何工作的，并探索这些构建体还能做些什么"。使用人体细胞的优势之一是能够利用患者自身的细胞构建机器人，在不引发免疫反应或不需要服用免疫抑制剂的情况下完成治疗工作。这种机器人的进一步发展可能会带来其他应用，比如清除动脉中的斑块积聚、修复受损的脊髓或视网膜神经、识别细菌或癌细胞，或向目标组织输送药物。从理论上讲，Anthrobots可以帮助愈合组织，同时输送促进再生的药物。这项研究发表在《先进科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401209.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401209.htm