分子機器人：這些微型機器人幾乎可以做任何事情

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  量子運行遠見
• 2023 年 11 月 30 日

洞察總結

分子機器人技術是一項將機器人技術、分子生物學和奈米技術結合起來的跨學科項目，由哈佛大學 Wyss 研究所牽頭，正在推動 DNA 鏈編程成為能夠在分子層面上執行複雜任務的機器人。 利用 CRISPR 基因編輯，這些機器人可以徹底改變藥物開發和診斷，Ultivue 和 NuProbe 等實體引領商業嘗試。 雖然研究人員正在探索成群的DNA 機器人來執行複雜的任務，類似於昆蟲群落，但現實世界的應用仍然在眼前，有望在藥物輸送方面實現無與倫比的精確度，為奈米技術研究帶來福音，並具有在各行業建構分子材料的潛力。

分子機器人背景

哈佛大學維斯生物工程研究所的研究人員對 DNA 的其他潛在用例很感興趣，DNA 可以組裝成不同的形狀、大小和功能。 他們嘗試了機器人技術。 這項發現之所以成為可能，是因為 DNA 和機器人有一個共同點——針對特定目標進行程式設計的能力。 就機器人而言，它們可以透過二進位電腦程式碼進行操縱，而就DNA而言，則可以透過核苷酸序列進行操縱。 2016年，該研究所創建了分子機器人計劃，匯集了機器人、分子生物學和奈米技術專家。 科學家們對分子的相對獨立性和靈活性感到興奮，這些分子可以自組裝並對環境即時做出反應。 這項功能意味著這些可編程分子可用於創建奈米級設備，這些設備可在不同行業中使用。

分子機器人技術得益於基因研究的最新突破，特別是基因編輯工具 CRISPR（成簇的規則間隔的短回文重複序列）。 該工具可以根據需要讀取、編輯和切割 DNA 鏈。 透過這項技術，DNA分子可以被操縱成更精確的形狀和特徵，包括可以檢測細胞中任何潛在疾病並自動殺死它或阻止其癌變的生物電路。 這種可能性意味著分子機器人可以徹底改變藥物開發、診斷和治療。 Wyss Institute 在該專案上取得了令人難以置信的進展，並建立了兩家商業公司：用於高精度組織成像的 Ultivue 和用於核酸診斷的 NuProbe。

破壞性影響

分子機器人的主要好處之一是這些微型設備可以相互互動以實現更複雜的目標。 研究人員從螞蟻和蜜蜂等昆蟲群體中汲取靈感，正在開發機器人群，這些機器人可以透過紅外光相互通信，形成複雜的形狀並完成任務。 這種類型的奈米技術混合體可以透過機器人的運算能力來增強 DNA 的限制，可以有多種應用，包括更有效的數據存儲，從而降低碳排放。

2022 年 XNUMX 月，來自喬治亞州埃默里大學的學生創造了一個帶有基於 DNA 的馬達的分子機器人，可以有意識地朝特定方向移動。 馬達能夠感知環境中的化學變化，並知道何時停止移動或重新校準方向。 研究人員表示，這項發現是向醫學測試和診斷邁出的一大步，因為群體分子機器人現在可以進行電機間通訊。 這一發展也意味著這些蜂群可以幫助控製糖尿病或高血壓等慢性疾病。 然而，雖然這一領域的研究已經取得了一些進展，但大多數科學家都認為，這些微型機器人的大規模實際應用還需要數年時間。

分子機器人技術的意義

分子機器人技術的更廣泛影響可能包括： 

• 對人體細胞進行更精確的研究，包括能夠將藥物輸送到特定細胞。
• 增加對奈米技術研究的投資，特別是醫療保健提供者和大型製藥公司。
• 工業部門能夠使用大量分子機器人來製造複雜的機械零件和用品。
• 越來越多地發現可應用於從服裝到建築部件等任何東西的分子材料。
• 奈米機器人可以透過程式設計來改變其成分和酸度，這取決於它們是否需要在生物體內或外部工作，從而使它們成為具有高度成本效益和靈活的工人。

要評論的問題

• 分子機器人在工業上還有哪些潛在好處？
• 分子機器人在生物學和醫療保健領域還有哪些潛在好處？