科幻电影常常描绘微型机器人在人体内识别病原体并输送药物以治愈疾病的场景。最近，科学家们通过开发一种新工具，向这一科幻场景迈出了重要的一步。这种工具能够在几分钟内制造出更复杂的DNA机器人和纳米设备。
在《自然材料》杂志上发表的研究中，俄亥俄州立大学的科学家们推出了一款名为MagiCDNA的独特软件。
利用微小DNA链，快速创建纳米机器人
MagiCDNA软件帮助科学家运用微型DNA链，组合成具有铰链和转子等结构的复杂装置。这些组件能够进入人体，执行多种任务，包括药物传递。
尽管DNA已被广泛应用于纳米设备的制造，但当前的设备大多依赖几何设计，使得功能特性的合理设计（如力反应或致动行为）仍然是一个挑战。俄亥俄州立大学的机械与航空工程助理教授卡洛斯·卡斯特罗表示，多年来，科学家们一直通过繁琐的手动步骤和较慢的设备进行这一过程。
卡斯特罗指出：“有了这一技术，我们能够在几分钟内生产出纳米‘机器人’，不再需要几天的时间。”他补充道，科学家们现在能够创造出更加复杂且有价值的纳米设备。机械与航空航天工程教授海俊·苏也表示：“我们可以开发多达六个不同部件的工具，并将它们与铰链和关节结合起来，以尝试执行复杂的运动。”他还提到，利用此软件开发具有多达20个可控零件的机器人并不容易，但这是实现复杂操作指令的纳米设备的重要一步。
使用MagiCDNA软件创建的机械手纳米设备。资料来源：俄亥俄州立大学
该软件的诸多优点，使得专家们能够设计出更高效的纳米设备，科学家们期望能缩短其日常使用的时间。
3D模式下完整设计纳米机器人，模拟工作效果
该软件的一项显著功能是允许科学家以3D方式进行完整设计。之前的设备设计仅支持2D创作，这迫使科学家转换成3D模式。
软件还支持设计人员创建“自上而下”或“自下而上”的DNA结构。在“自上而下”设计中，科学家可以决定整个设备的几何形状，从而获取适当的DNA链并自动组合。而在“自下而上”的方法中，研究人员则可以选择特定的DNA链并组织成所需结构，从而对本地设备的属性与结构进行精细控制。该软件还具备模拟设计的DNA工具在现实世界中运动和工作方式的能力。
卡斯特罗表示：“随着这些结构的复杂化，准确预测它们的外观以及如何发挥作用变得更具挑战性。因此，在虚拟环境中模拟这些工具的工作方式非常必要，这能够节省我们大量时间。”
论文的合著者安杰丽卡·库奇尼克是俄亥俄州立大学生物分子与化学工程博士学位的研究者，她指导了该软件中多个纳米结构的创建。
他们构建的一些工具包括带有爪子的机械臂，能够抓起较小物体，以及类似飞机形状的一百纳米大小结构。卡斯特罗表示，制造更复杂的纳米设备的能力意味着它们能够执行更多有益的任务，并且能够用同一工具完成多种操作。
例如，开发能够在血液中工作、识别特定细菌的DNA机器人。“更复杂的‘机器人’不仅可以检测到错误，还能通过释放药物或捕获病原体进行医学治疗。”他强调：“我们的主要目标是开发能够对刺激做出选择性反应或以特定方式运动的机器人。”
卡斯特罗预测，MagiCDNA软件将在未来几年内在研究实验室和大学中得到广泛应用，并发挥更加重要的作用。“DNA纳米技术将在商业上变得越来越普遍。我相信在未来五到十年内，DNA纳米设备将实现商业化，而该软件将有助于加速这一进程。”
