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下載安裝Flash播放器“過河拆橋”為向前
其中的一個解決方法是,使用蜘蛛腿中的DNA酶來剪斷這個短絲鏈。被毀壞了的鏈會將蜘蛛腿連根拔起,允許它移向仍完好無損的下一個鏈。
美國哥倫比亞大學化學家米蘭·斯托亞諾維奇就使用此種剪切方法完成了他的能自行行走的三腿DNA蜘蛛。他和同事在5月13日的《自然》雜志上報告說,它們可脫離軌道無障礙地行走50步以上。
在過去,兩腿蜘蛛一直存在的問題是,有時會同時抬起雙腿,這樣一旦脫離了軌道便會漂浮起來。而三腿蜘蛛則有更多的機會讓其在任何時候都能保持一條腿在路面上。斯托亞諾維奇表示,蜘蛛的腿越多,其黏性也越大,行走的步數也越多。
斯托亞諾維奇的蜘蛛有一個額外的附件,可像錨一樣只與折紙上的“起始”鏈進行綁定。當研究人員添加一個可拔除蜘蛛錨的DNA片段時,蜘蛛就開始沿著軌道上的其他鏈爬動。
因為蜘蛛在行走時已被剪切了鏈,其身后的DNA軌道便會消失殆盡。因此,蜘蛛最大的可能就是向前走,而不是往回走。沿著65納米至90納米折紙區域內陳設的軌道,蜘蛛便可以不借助外力直行、拐彎。經過約30分鐘,蜘蛛到達腿部的酶未被剪切的“終止”鏈。任務終告完成。
斯托亞諾維奇說,他的下一個目標將是增加蜘蛛的步行數目,在折紙中編排更復雜的動作。他還希望設計出可互聯在一起的蜘蛛,以合作完成一項任務,甚至讓蜘蛛也可以像螞蟻等昆蟲那樣能夠“讀懂”彼此的路徑。未來某一天,這些蜘蛛也許能圍著細胞膜進行爬動,識別疾病細胞并幫助摧毀它們。不過,“這還只是一個夢,不是不久的將來就能實現的事情”。
為了讓這個夢想成為現實,這些爬蟲必須甩掉它們的人造DNA軌道,能穿越像細胞表面那樣更加自然的景觀。但由于細胞膜并不能掩在DNA內,蜘蛛將被設計成能與一個不同的分子相互作用,這個分子或許是科學家插入細胞內的一個媒介蛋白。
“這是一個緩慢的過程,”斯托亞諾維奇說,“如果你想看到這樣的事情發生,你就必須要經過我們正在經歷的階段。”
也能學走回頭路
一個剪掉了身后軌道的自主蜘蛛存在的問題是,折紙在蜘蛛跑過一次后便無法再用了。“如果你的汽車走到哪,就把路毀到哪,你就不得不重新筑路,這將耗費掉大量的能量。”英國牛津大學物理學家安德魯·圖爾波菲爾德說,“一輛邊開邊毀路的汽車是永遠得不到歡迎的。”
圖爾波菲爾德目前正在研究既能讓蜘蛛移動又不會摧毀移動軌道的方式。他的研究小組已經提出了一個想法,那就是使一個雙足機器蜘蛛以體操運動員的滾翻動作沿著一個可重復使用的DNA鏈前行。
一個添加到周圍溶液中的“燃料”鏈可抬起機器蜘蛛的后腿,于是,蜘蛛便可翻轉過來,在軌道上向前邁進。它還可以簡單地通過切換到能與前腿反應的“燃料”鏈而實現后退。
這種納米機器人的靈感來自于驅動蛋白,驅動蛋白是一種天然分子馬達,其能圍繞細胞運送“貨物”。驅動蛋白的兩條腿非常協調,始終是先抬后腳向前邁進。
“我們正在尋找什么細胞能與分子馬達相配合,并試圖仿效這個細胞。”圖爾波菲爾德說,“如果你從生物學中得到了靈感,那么你就出不了大錯。”