“DNA触发水凝胶的形状转换 开辟了制造“软机器人”的新途径”

约翰斯·霍普金斯大学生物化学技术人员利用dna分子序列诱导水凝胶中的形状变化，展示了不依赖于重型电线、电池或系绳的新策略。

该研究的进展由该大学whiting工程学院的3名教师监督，详情请参照9月15日的科学杂志。

小组成员报告称，他们的过程采用了一种叫做发夹的特定的dna序列，使厘米大小的水凝胶样本膨胀到原来体积的100倍。 然后，用终止子这个发夹不同的dna序列结束反应。

这样，可以将移动部件编织成柔软的材料。 研究人员建议他们的过程有一天会在创造智能材料、变质设备、众多杂程序驱动器和具有潜在海洋和医疗应用的自主机器人中发挥作用。

目的为了控制水凝胶不同部位的形状变化，研究者从计算机领域得到启发。 他们类似于用于制造微小复杂的微芯片的照片图案技术。 嵌入凝胶不同区域的各种生化模型被设计为响应特定的dna指令引起弯曲、折叠和其他反应。

可以把dna序列看成是计算机代码的类比。 这位大学化学生物分子工程系教授、科学文案的两位高级作者之一david h. gracias说。 为了使计算机软件能够指导特定的任务，dna序列可能会在特定的地方以某种方式弯曲和扩展材料。

他补充说，这在本质上并不罕见。 的变化在生物学上很重要，格拉西斯说。 想想毛毛虫如何变成蝴蝶。

这项研究的另一位资深作者rebecca schulman是同一部门的助理教授。 她的研究小组利用dna纳米技术设计了智能材料和设备。 我们喜欢决定活细胞如何利用化学信号生长或移动，如何利用化学能给自己带来动力，她说。 我们想制造用同样的方法起作用的机器。 我们的制造技术使设计各种尺寸的非常多的复杂的设备成为可能。

thao(vicky ) nguyen是约翰霍普金斯大学的聚合物和生物材料力学专家，为这项研究做出了重要贡献，同时也是这篇论文的共同作者。 通过计算机模拟，我们开发了将水凝胶的大膨胀转换为所需形状变化反应的设计规律，她说。 nguyen是机械工程系的副教授和marlinu.Zimmerman JR.faculty scholar。

为了控制他们水凝胶靶被激活的能力，小组成员采用了dna序列响应的明星水凝胶。 每朵花都制作两组花瓣，同时每组只设计为两种不同的dna序列中的一个。 暴露在两个序列中时，所有花瓣都会响应并折叠。 但是，如果只在其中一个序列中露出，则只有与该序列匹配的花瓣会被折叠。

小组还制作了天线、指甲、脚分别卷曲、响应一致dna序列的水凝胶蟹型装置。 螃蟹装置将其启动状态维持至少60天。 之所以选择螃蟹的形状，是为了纪念大学所在州马里兰州的人气海鲜。

科学论文详述的新技术受该大学约翰·霍普金斯科技创业事务所取得的临时专利保护。