计算机软件设计DNA“机器人”在几分钟内

总有一天,科学家们认为,微型dna机器人和其他nanodevices将药在我们的身体内,检测存在致命的病原体,并帮助生产越来越小的电子产品。

迈出了一大步走向未来的研究人员开发新的工具,可以设计更复杂的DNA机器人和nanodevices比以前可能在很短的时间。

在今天发表的一篇论文在《华尔街日报》(2021年4月19日)自然材料俄亥俄州立大学的研究人员,由前工程博士生Chao-Min黄——他们叫MagicDNA推出新软件。

软件可以帮助研究者们设计的方法来把小股DNA和组合成复杂的结构与转子等部件和铰链,可以移动并完成各种任务,包括药物输送。

研究人员已经做了几年与乏味的手动步骤,较慢的工具卡洛斯·卡斯特罗该研究的作者之一,副教授俄亥俄州立大学的机械和航空航天工程。

“但是现在,可能采取nanodevices我们几天前设计现在带我们只是几分钟,”卡斯特罗说。

现在,研究人员可以更复杂nanodevices——和有用的。

“以前,我们可以构建设备大约六个人组件和连接关节和铰链和试图让他们执行复杂的运动,”研究的合著者说Hai-Jun苏俄亥俄州立大学的机械和航空航天工程教授。

“有了这个软件,不难让机器人或其他设备20以上的组件更容易控制。它是一个巨大的进步在我们能力设计nanodevices可以执行复杂的操作,我们希望他们做的。”

软件有多种优势,将帮助科学家设计出更好,更有帮助和-研究人员希望缩短时间他们在日常使用。

一个优点是它允许研究人员进行整个设计真正的3 d。设计工具只允许创建2 d早些时候,迫使研究人员将他们的作品映射到三维。这意味着设计师不能使他们的设备过于复杂。

软件还允许设计师构建DNA结构“自下而上”或“自顶向下”。

在“自下而上”的设计,研究人员采取个别股DNA和决定如何组织成他们想要的结构,它允许精细控制本地设备的结构和性能。

但是他们也可以采取“自上而下”的方法,他们决定如何整体设备需要形状的几何,然后自动DNA链是如何组合在一起的。

结合两个允许增加整体结构的复杂性,同时保持精确控制单个组件属性,卡斯特罗说。

软件的另一个关键因素是,它允许模拟设计DNA设备将在现实世界中运作。

“当你使这些结构更复杂,很难准确预测他们会是什么样子,以及他们如何表现,”卡斯特罗说。

“这是至关重要的能够模拟我们的设备将如何运作。否则,我们浪费了很多时间。”

演示软件的能力,作者Anjelica Kucinic,博士生在俄亥俄州立大学的化学和生物分子工程,领导的研究者们在制作和描述许多纳米结构设计的软件。

一些设备包括他们创造了机器人手臂的爪子可以接小物品,和一百纳米级结构看起来像一架飞机(“飞机”是1000倍小于人类头发的宽度)。

能力作出更复杂的设备意味着他们可以做更多有用的事情及其甚至与一个设备执行多个任务,卡斯特罗说。

例如,它是一回事DNA机器人,注射到血液中后,可以检测特定的病原体。

”,但一个更复杂的设备不仅可以检测到发生的坏事,但是也可以通过释放药物或捕捉病原体反应,”他说。

“我们希望能够设计机器人,以特定的方式回应刺激或以某种方式移动。”

卡斯特罗说,他预计,未来几年,MagicDNA软件将使用在大学和其他研究实验室。但是它的使用在未来可能会扩大。

“有越来越多的商业利益在DNA纳米技术,”他说。“我认为在未来5到10年,我们将开始看到商业应用的DNA和我们乐观地认为,这个软件可以帮助推动。”

约书亚·约翰逊,他收到了他在俄亥俄州立大学生物物理学博士,也是该论文的作者之一。

参考:黄决定物价,Kucinic,约翰逊是的,苏H-J,卡斯特罗CE。集成计算机辅助工程和设计进行DNA总成。自然材料。2021年4月19日在线发表。doi: 10.1038 / s41563 - 021 - 00978 - 5。

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