牛津大學(xué)《Science Robotics》，3D打印機龍門結(jié)構(gòu)啟發(fā)納米級DNA分子打印機問世

導(dǎo)讀：納米尺度的物質(zhì)操縱和圖案化能力對于先進材料的制造非常重要，而目前的方法需要大量復(fù)雜的儀器。在過去的十年中，DNA已被用作構(gòu)建材料制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)，包括線性和旋轉(zhuǎn)電機等機制。

牛津大學(xué)研究團隊在《科學(xué)機器人》雜志上發(fā)表了一篇文章，描述一種完全由DNA構(gòu)建的納米級打印設(shè)備。據(jù)了解，研究人員從宏觀打印機中汲取靈感，并耦合了幾個DNA“直線電機”，制造能夠在“底板”上以二維方式定位“打印頭”的納米級設(shè)備。

△左圖：模擬DNA設(shè)備的渲染，它由三個組件組成：框架、畫布和袖子。右圖：組裝結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡圖像。

整個設(shè)計的一個核心限制是支架材料，研究人員稱噬菌體M13單鏈基因組支架將大多數(shù)折紙結(jié)構(gòu)限制在大約8000個堿基對，并進一步組裝更大的結(jié)構(gòu)：畫布、龍門框架和可移動套筒。“打印頭”是一個DNA催化劑套筒，可以安裝在框架上并前后移動。設(shè)備由幾個DNA直線電機驅(qū)動，通過DNA“地址鏈”來控制。這種“地址鏈”可以“將直線電機鎖定到位”，然后打印頭可以在平面陣列中的適當(dāng)像素上沉積“墨水”。

△2D定位系統(tǒng)

研究人員在中央畫布上添加了一系列靶向DNA像素，而套筒上裝飾有DNA催化劑鏈，用作寫入頭。當(dāng)寫入頭在像素上方時，通過相互作用將墨水DNA鏈結(jié)合到像素中。當(dāng)寫入頭與定位結(jié)合時，一個外部控制的納米級打印機就形成了。簡單來說，它就像二維打印機一樣在平面上打印。不同之處在于這臺打印機和畫布非常小，設(shè)備直徑只有大約100納米（0.0001毫米）。

△程序化打印

研究人員認為，這種設(shè)備將來可以轉(zhuǎn)變?yōu)榭砂葱枭�產(chǎn)特定復(fù)雜化學(xué)品的機器。盡管根據(jù)目前的進展來看，這個概念依然受到了很多限制，精度問題也值得商榷。但是概念和使用機制新穎，且構(gòu)建體積相當(dāng)小，未來可能適用于構(gòu)建更大的納米級對象。僅憑這一點，這將會成為未來許多科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域的一個非常重要的發(fā)展。

雖然目前的成功僅僅只是制造了一臺2D打印機，但南極熊已經(jīng)能夠從中看到了制造納米級3D打印機的可能性：軸向移動打印頭的能力，加上沉積材料的能力（墨水為DNA），相信項目的3D版本（直接在表面上執(zhí)行更復(fù)雜的化學(xué)操作或合成聚合物和生物分子復(fù)合物）指日可待。也期待更多的課題組能夠從宏觀制造模式中受到啟發(fā)，探索更加微觀的世界！

參考文獻：Benson,E., Marzo, R. C., Bath, J., & Turberfield, A. J. (2022). A DNAmolecular printer capable of programmable positioning and patterning in twodimensions. Science Robotics, 7(65).

文獻地址：https://doi.org/10.1126/scirobotics.abn5459

A DNA molecular printer capable of programmable positioning and patterning in tw.pdf (542.6 KB, 下載次數(shù): 131)

2022-5-13 18:57 上傳

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