最近,德国慕尼黑工业大学创造出了一些新型纳米设备:一个会动手臂的机器人,一本能打开、合上的书,一个能开关的齿轮传动装置,还有一个促动器——或许这些已经很吸引人了,但还不是重点。重要的是这些设备体现了科学上的突破——把DNA作为一种可编程的建筑材料,用于制造纳米级的结构和机器。
研究人员发表在《科学》杂志上的上述成果,揭示了一种新的DNA连接方法。重组和模块化的三维DNA组件有着互补的形状,能很容易扣在一起,而不是像拉链似的拉在一起的碱基对。这不但能造出会动的纳米机器,而且提供了一种工具包,使研究人员对模块自行组装编程更加容易。
新一代DNA折叠术
据慕尼黑理工大学教授亨德里克·戴茨介绍,这一领域通常叫做“DNA折叠术”,正在迅速走向实际应用。日前,戴茨因为在这一领域的研究获得了德国最重要的研究奖项——戈特弗里德·威廉·莱布尼茨奖。
近年来,戴茨和他的团队在DNA折叠术的应用方面迈出了重要的几步,比如开发出一些实验装置,包括一个由DNA制造的人工膜通道;发现了能大大节约时间的自组装程序,使整个组装过程从一周缩短到几小时;证明了极其复杂的结构也能按设计组装,并具有亚纳米级的精度。
然而,以往所有的进步都要用到“碱基配对”,以此决定溶液中每条链和DNA组合之间该怎么结合。新研究中最新奇的东西是“胶水”。
“一旦你用碱基对造出了一个组装单位,就很难打破它。”戴茨解释说,“所以动态结构所用的方法通常在结构上是很简单的。”为了能让会动的DNA纳米机器更普适,有更广泛的潜在用途,研究小组从自然的生物分子工具箱中借鉴了两种技术:蛋白质的形状互补方法和它们形成相对弱键的趋势,前者可以简化分子之间的对接,后者能在不需要时断开连接。
仿生可提高灵活性
研究人员还从一种自然机制中获得了灵感:让核酸分子通过比碱基对更弱的键“粘合”在一起。在自然界,当RNA基酶RNase P“认出”转移RNA时,利用它们的互补外形能形成这种弱键,分子则被引导到足够近的范围,就像宇宙飞船与空间站对接。
戴茨实验室的新技术模仿了这一方法。为造出动力DNA纳米机器,他们开始编程,让有着互补结构的3D模块自行组装,然后激活一种称为“核基堆积”的短距离结合机制,在空间里把这些单位模块搭扣在一起。他们有3种不同的方法,可以控制这些DNA模块的形状和功能。戴茨说:“这些带给我们的是分等级的作用力、按要求精确定位的能力以及模块彼此识别、相互匹配的稳定区域。”
戴茨小组由此造出了一系列DNA设备:从微米级的细丝,到会动的纳米机器,都显示了这一技术的潜在应用能力。
小组人员还传来一个三维纳米人型机器人的电子显微图,以确认它身上的模块是精确地按设计组合的。此外,他们还展示了一种简单的控制方法,能改变溶液的正离子浓度——这可以让DNA模块在不同组态之间切换:组装或解开,比如让机器人的“手臂”脱离,或留在它身上。
另一种方法是简单地提高或降低温度,也能让DNA纳米设备在不同结构状态之间“切换”,而这种方法被证明非常有效。对早期的DNA设备来说,需要分开和重连DNA碱基对,通过稀释和单边反应只能进行几轮切换,系统就会“疲劳”。小组论文中还描述了一种剪刀状的促动器,在4天时间里承受了1000多次的温度切换循环,而没有衰减的迹象。
戴茨补充说:“温度循环是把能量导入系统的一种方法,所以能把可逆的形状变换与某种可持续进程结合在一起的话,不仅能制造纳米机器,还能给它们提供能量。”
类似小孩子玩积木
值得一提的是,DNA设备灵活性的一方面,这只需添加形状互补零件就能实现,其关键技术就是弱键结合DNA纳米技术工具包。研究人员指出,只用“碱基配对”来编写自组装程序,就像用机器语言来写计算机代码。他们希望,新方法能让DNA折叠术在面向使用终端时更加容易,就像高级计算机程序语言的出现,刺激了软件工程的进步。
戴茨把这项工总比作是孩子们玩“乐高”积木,他说:“你只需把组合零件设计成互补的就可以,而无需再摆弄碱基对序列让它们来连接零件。”
来源:科技日报 作者:常丽君
为你推荐
资讯 “A to H 18A第一股”诞生!迈威生物正式登陆香港联交所主板
2026年4月28日,迈威(上海)生物科技股份有限公司(以下简称“迈威生物”,A股代码:688062 SH,港股代码:02493 HK)在香港联合交易所主板正式挂牌上市,成为首家“A to H”的18A上市公司。
2026-04-28 19:22
资讯 全面接轨国际,药物临床试验质量管理规范再升级
根据国家药监局发布的2025年第125号公告,自2026年3月31日后实施的药物临床试验,均适用《E6(R3):药物临床试验质量管理规范技术指导原则》(下称 ICH E6(R3))。
2026-04-28 19:13
资讯 百济神州引入PD-1/CTLA-4/VEGF-A三抗
4月28日,百济神州发布公告称,2026年4 月 24 日,百济神州有限公司的全资子公司广州百济神州生物制药有限公司与华辉安健(北京)生物科技有限公司签订了一份《独家选择权、...
2026-04-28 09:49
资讯 药品附条件批准上市申请审评审批工作程序
附条件批准时,每个附条件批准的适应症单独设置药品注册证书有效期,原则上,在确证性研究完成时限的基础上增加一年。确证性研究完成时限由药审中心在审评中与申请人沟通交流后...
2026-04-26 10:58
资讯 CDE:抗体偶联药物首次申报临床试验药学资料撰写指导原则
本指导原则基于 ICH M4Q( R1)总体框架, 格式体例与之保持一致, 在其框架下结合抗体偶联药物的药学研究特点,细化了 IND 申报药学资料的撰写要求,旨在为该类药物 IN...
2026-04-25 21:39
资讯 蚂蚁健康向医院开放“智慧医疗AI一体化方案” 支持智能体、云陪诊、本地化模型部署
4月25日,在2026中国医院信息网络大会(CHIMA 2026)上,蚂蚁健康面向全国医院及医疗机构推出“智慧医疗AI一体化方案”。
2026-04-25 20:09
资讯 美敦力 5.5 亿美元收购 Scientia Vascular,加码神经血管赛道布局
Scientia Vascular 是专注于神经血管创新器械研发的新兴企业,核心产品管线聚焦颅内血管病变介入治疗领域
2026-04-25 15:50
资讯 聚焦预防接种全龄升级,多方合力开展“成人全周期免疫促进暨带状疱疹公益科普”
4月25日,国家疾病预防控制局在上海举办主题宣传活动,呼吁“预防接种,苗助健康,全民行动”。
2026-04-25 15:41
资讯 超亿元 A 轮融资!奥明星程以 AI4S 定义下一代生物智能基础设施
由深创投与复星医药(复健资本)联合领投,太平股权、广东中医药大健康基金、杭实集团等多家头部投资机构、产业链龙头企业及多地国资跟投。
2026-04-24 18:28
资讯 Cytiva ÄKTA与Biacore系列产品实现本地生产, 以“桐庐样本”赋能生物医药“加速度”
依托桐庐生产基地,Cytiva持续提升本土供应能力,以更短的交付周期与定制化支持,精准匹配中国研发节奏,深度践行“在中国,为中国”承诺
2026-04-24 18:13
资讯 全球首个治疗遗传性耳聋基因疗法获批
4 月 23 日,再生元宣布,美国 FDA 已经加速批准其在研基因疗法Otarmeni(lunsotogene parvec-cwha)上市,该药品成为首个也是目前唯一获批用于治疗遗传性听力损失的基因疗法。
2026-04-24 18:01
资讯 CDE:治疗用重组蛋白药物首次申报临床试验药学资料撰写指导原则
本指导原则基于 ICH M4Q( R1)总体框架, 格式体例与之保持一致, 在其框架下结合治疗用重组蛋白药物的药学研究特点,细化了 IND 申报药学资料的撰写要求,旨在为该类药...
2026-04-24 12:44
资讯 甘李药业GLP-1R博凡格鲁肽Ⅲ期临床试验完成首例受试者给药
4月23日,甘李药业发布公告,博凡格鲁肽(研发代号:GZR18)注射液正在中国开展的适应症成人肥胖患者的中度至重度阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的Ⅲ期临床试验,于近日成功完成首例...
2026-04-24 10:25
资讯 应世生物再冲港交所 IPO:手握国内唯一 III 期 FAK 抑制剂,专攻肿瘤耐药后市场
公司战略性聚焦黏着斑激酶(FAK)及整合素通路,这些靶点对肿瘤细胞的顽强生存能力至关重要。
2026-04-23 22:00
资讯 华东医药2025年创新收入大增64.2%,2026Q1扣非净利创单季历史新高
2026年4月23日晚间,华东医药(000963 SZ)发布2025年年度报告及2026年第一季度业绩。
2026-04-23 21:45
资讯 默克与谷歌云达成一项10亿美元的AI合作
此次合作,默克期望将自身在药物研发、科学管理、市场运营等方面能力与人工智能、云平台相结合,帮助默克全球约7 5万名员工提升生产力。
2026-04-23 13:00





