DNA機器人設計時間從幾天縮短至幾分鐘

科學家預計在未來五到十年之內，以基因材料製造的納米機器人就會投放市場。這些納米設備可以在人體內探查致命病原體、遞送藥物，甚至還可以輔助製造更小的電子設備，有著廣泛的應用前景。

以基因材料製造的機器人就是把微小的DNA片段組合成像馬達和鉸鏈等各種所需的部件，再組裝在一起，可以自行移動，在生物體內完成一系列任務的自動化設備。

美國俄亥俄州立大學（The Ohio State University）的研究人員發明了一套軟件，把設計這種機器人的時間從以前所需的幾天，縮短到幾分鐘，並可以設計更複雜的機器人。

研究者之一俄亥俄州立大學機械和航空航天工程學教授蘇海俊（Hai-Jun Su，音譯）說：「以前我們設計的設備最多含有6個部件連接起來活動。有了這個新軟件，設計最多含有20個部件的設備都不難，而且更易於控制。這是納米設備設計領域一項很大的進步。」

以前，研究人員只能進行二維平面的設計，再投射成立體物件。這個軟件讓研究人員可以直接進行三維立體設計，所以現在能夠完成的設計複雜度更高。

另外，這個軟件支持兩種設計思路，既可以從局部到整體，也可以從整體到局部，也是助力複雜設計的重要進步所在。

從局部到整體意味著，研究人員先用DNA片段設計局部結構，這樣能精確設計局部結構的特性，並保持對其精準的控制。從整體到局部意味著，研究人員先決定設備總體的幾何形狀，然後考慮怎樣把DNA片段按照需要拼湊起來滿足整體的要求。

這兩種設計思路搭配使用，可以設計出幾何形狀更複雜的納米設備，並保持對個體部件的精準控制。

這個軟件還有一個重要的優點在於，設計人員可以在軟件內模擬設備在真實世界內的移動和使用情況。合作研究者機械和航空航天工程學副教授卡斯特羅（Carlos Castro）說：「隨著結構複雜度的增加，很難估計它們最後的樣子和行為。所以能夠模擬它們的運作這很重要，否則會浪費我們很多時間。」

研究人員設計了幾個設備來展示此軟件的能力，包括帶有爪子的機械臂，用於抓取很小的物品；和只有一百個納米大小的、像「飛機」一樣的結構。這樣的「飛機」只有人類頭髮的千分之一那麼小。

卡斯特羅說，更複雜的機器人意味著可以做更多的事情，甚至是同一個設備可以完成多種任務。比如，以前的設備只能進入生物體探測致命病原體的存在，更複雜的機器人可以在找到病原體後將其捕獲，或者是有針對性地釋放藥物對付它。

卡斯特羅說：「DNA納米技術的商業利益越來越明確。我估計在未來五到十年內，我們將看到商業化的DNA納米設備。我們有信心這個軟件有助於推動實現這個目標。」

這項研究5月10日發表於《自然·材料》（Nature Materials）期刊。