中科院宁波材料所。
近日，一篇题为“Toward Three-Dimensional DNA Industrial Nanorobot(迈向三维DNA工业纳米机器人)”的论文发表在Science Robotics(科学机器人)学术期刊上。此论文的第一作者正是中国科学院宁波材料技术与工程研究所新型药物制剂材料与技术团队周峰副研究员。
这意味着，宁波材料所在工业纳米机器人领域取得重大创新突破。
在现代制造业中，工业机器人因能完成高精度自动化操作而成为关键组成部分。而纳米级的工业机器人，作为创新的制造平台，在处理和生产纳米材料方面展现出巨大的应用潜力。不过，制造这种纳米机器人仍面临技术挑战。
显微镜下的纳米机器人。
由Nadrian Seeman教授率先提出的DNA纳米技术，以0.3纳米的高精度，为精确、可控地自组装各类纳米材料提供了新方法。这项技术已在生物芯片、生物计算机、核酸药物等领域显示出广泛的应用前景。如今，DNA纳米技术在制造纳米机器人方面也显示出巨大潜力。
周峰副研究员长期专注于可控生物纳米材料的设计、制备和应用，其研究前期集中于精确控制生物纳米材料的组装过程，并在将其广泛应用于纳米制造方面取得了多项成果。最近，他们在设计和制造能自我复制的三维DNA纳米机器人方面取得了重要进展。
在这项研究中，该团队创新地运用DNA纳米技术，结合可折叠的支架结构和多重响应控制方式，成功研发出一种新型的三维DNA工业纳米机器人。
这些机器人，能够在纳米尺度上自动执行重复任务，并可以高精度地制造出具有特定结构的手性纳米材料。该纳米机器人的大小约100纳米，它们能够利用温度控制和紫外线(UV)来操控和对齐纳米尺寸的零件，然后将纳米零件精准地焊接在一起，制造出所需的纳米结构，并在完成后重置，以进行下一个操作。
纳米机器人自我复制原理图。
这种方法，使得这些纳米机器人能用普通零件制造出具有光学特性的手性纳米产物。
此外，这些纳米机器人，还可以通过“可控折叠”技术增加制造过程中的灵活性。这种技术使得机器人能够完成三维结构的多循环自我复制，这对于实现纳米材料的大规模生产至关重要。未来，这些DNA工业纳米机器人，有望使用核酸适配体等先进技术精准地捕获、操纵和定位，以制备蛋白质、磷脂膜等生物材料，从而在药物递送领域尤其是在靶向递送核酸或蛋白药物方面发挥重要作用。
据了解，周峰副研究员是本论文的第一及通讯作者，美国纽约大学Paul Chaikin教授、Ruojie Sha研究员为共同通讯作者。该工作的第一完成单位为宁波材料所，得到了中国科学院相关项目的支持，是宁波材料所与美国纽约大学的重要合作成果。