迈向3D的纳米级DNA工业机器人

2023-12-19 18:27

纳米技术的快速发展为工业机器人领域带来了一场新的革命，特别是在制造平台的创新和纳米材料的生产方面。

近日，《science robotic》杂志上介绍了一种基于DNA的工业纳米机器人，这些可编程机器人尺寸约为100纳米，它具有制造三维光学活性手性结构的潜力。通过外部控制的温度和紫外线光，能够执行精确的抓取、定位、对齐、焊接和释放结构的任务。

此外，它们还具备自我复制的能力，通过多轴精确折叠和定位，实现了对三维结构和功能的复制。这一创新的DNA工业纳米机器人为纳米制造领域带来了新的工具和技术，为复杂和有用的纳米和微型设备的发展打开了新的可能性。

工业机器人在现代制造业中起着至关重要的作用，它们负责获取预制零件、对齐、组装、连接、存放，并为下一个任务做好准备，在工业生产中，多组件系统的制造通常通过自组装或通过主动定位和固定/焊接单独的部件来完成。

通常来说，工业机器人是自动化的、可编程的，并且能够在三个或更多轴上运动，而这款新的机器人是一种基于DNA的纳米级工业机器人，它具有三个面的DNA折纸立方角，尺寸约为100nm3，该机器人具有DNA粘端功能化边缘，可以独立编程以进行选择、移动和六个自由度的操作。

制造过程包括构建纳米机器人，通过自组装、折叠和共价键合制成的DNA折纸单体形成交叉平铺DNA折纸单体，研究人员可以修改所有四个交叉延伸的边缘和面上的粘性末端。

机器人的三聚体可以执行预编程步骤，抓取三个原料DNA折纸板，并通过逐步折叠将它们闭合在一起，实现板边缘的对齐和通过粘端杂交结合。

与传统工业机器人不同，这种DNA工业纳米机器人通过用户或外部计算机程序控制紫外线光，使用紫外线交联将它们焊接在一起，并通过改变温度将它们释放到悬浮液中。这一创新方法使得交联的立方角具有手性和光学活性，为3D自我复制问题提供了解决方案。

相比之下，传统的一维或二维单步模板需要访问第二维或第三维，而这里通过折叠进行操作和定位，未装饰的机器人立方角可以组装一个互补的立方角机器人，并在两个周期内复制原始机器人，从而实现了产量的指数级增长。这一演示预示着通过光和热进行编程和控制，纳米机器和机器人可以用于纳米级生物相容性结构和设备的生产。

纳米级工业机器人的出现标志着纳米技术在制造领域的巨大进步，基于DNA的工业纳米机器人不仅展示了在三维光学活性结构制造方面的潜力，而且通过自我复制的能力为纳米制造提供了新的工具和技术。同时，UV光和温度的控制使得这些机器人能够完成复杂的组装和释放任务，为纳米级生物相容性结构和设备的生产提供了新的解决方案。