得益於DNA序列的水凝膠變形技術

圖中為David Gracias，Vicky Nguyen和Rebecca Schulman三人在實驗室工作時的場景 編輯：Kirk ，攝影：Homewood

【據phys網站0918報道】約翰?霍普金斯大學的生物化學工程師通過改變DNA分子的序列達到了改變水基凝膠形狀的目的，這為柔體機器人以及「智能」醫療設備（設備的使用不再依靠笨重的電線、電池或聯機線）的設計生產提供了新的思路。

該研究由約翰?霍普金斯大學懷廷工程學院的三名教師監督，今天，其在「科學」雜誌的網站上對研究內容進行了詳細介紹。

團隊成員在報告中介紹說，在研究過程中使用到了一種特定的DNA序列，他們將其稱之為「hairpins」，這種DNA分子能夠使一厘米大小的水凝膠樣品膨脹到其原始體積的100倍。然後研究人員使用具有不同序列的「terminator hairpin」 DNA分子來中止反應。研究人員說，這種方法可以將自由移動的成分「編織」成柔體材料——未來的某一天，這可能會在智能材料、變形裝置、複雜的程序執行器以及自主機器人（主要應用在海洋和醫療領域）的研發製造方面發揮重要作用。

研究過程中，為了控制水凝膠不同部位所需要發生的形狀變化，研究人員借鑒了計算機行業中的一些技術經驗。他們採用了光刻圖案技術，這種技術與製造微小而複雜的微型晶元所需要的技術相似。嵌入到凝膠不同區域的各種生物化學圖案，都是被設計以響應特定的DNA指令，從而完成彎曲、摺疊或其他一些反應。

「DNA分子的序列可以被理解為計算機代碼。」約翰?霍普金斯大學化學與生物分子工程系教授、「科學」雜誌資深作者之一的David Gracias說道。「正如計算機軟體可以指導執行具體的任務一樣，DNA分子的序列可以控制材料在特定位置以某種規定好的方式彎曲或擴展。」

他補充說：「這其實並不是一件很特殊的事情。」

Gracias說：「想想毛蟲是如何變成蝴蝶的，這樣你就會明白形態變化在生物學中的重要性了。」

為了確認不同的DNA分子序列分別作用於水凝膠的哪些部位，團隊成員使用了能夠響應DNA序列的花形水凝膠。在每個「花形」中都製作了兩套花瓣，而每套花瓣都被設計成僅對一種DNA序列產生響應的狀態。當兩個序列都發生作用時，所有的花瓣都被摺疊。但是當它們只接觸到一個序列時，只有與該序列相匹配的花瓣才會發生摺疊。

該團隊還製造了螃蟹形狀的水凝膠裝置，在該裝置中，螃蟹的觸鬚、爪和腿分別對應特定的DNA序列，當DNA 序列發生響應時其對應的部位將會捲起。這套裝置之所以選擇螃蟹形狀是為了紀念馬里蘭州著名的海鮮。眾所周知，馬里蘭州的螃蟹至少可以存活60天。

該研究中的另一位資深作者兼化學與生物分子工程系助理教授Rebecca Schulman（麗貝卡?舒爾曼）表示：「我們著迷於活細胞是如何使用化學信號來決定其長大或移動的方式以及使用化學能量來為自身提供能量。我們希望設計一種具有類似功能的機器。利用這樣的製造技術我們就可以設計出一些不同尺寸的、非常複雜的設備。」

文章來自phys，原文題目A new way to create soft robots —DNA triggers that cause hydrogels to change shape由材料科技在線匯總整理。

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