DNA机器，前进吧(4)

如今，施的实验室正在使用化学燃料来为驱动DNA纳米卡尺。这些纳米卡尺在大分子周围逡巡并展开测量。施表示，这些像夹子一样的工具包围在目标的不同部位，而它们在不同点覆盖目标表面需要延伸放大的倍数，如此就标示了目标在该处的长度。终极目标是用这些工具来解析大分子的三维结构，可能比现用的X射线晶体学等传统解析工具都要快。“不必再直接对分子进行成像，而是用这些小尺子去测量所有成对的点与点的距离，然后我们把这些距离数据输入进结构预测程序，程序便可以重建出分子的整体三维形状，并且深入细节。”施解释说。他正在与哈佛的同事卫斯理·黄（Wesley Wong）合作开发这个工具。
用“力”
给DNA机器加速的手段还包括：改变溶液pH值、添加离子、用光激发或是施加电场。西蒙的实验室采用了最后这种方法来控制DNA机械手臂。西蒙说，改造后的机械臂比传统DNA机器手臂运动快了10万倍。
机械臂是一束刚性DNA双链，通过单链DNA粘附在三维DNA折纸平台上。单链DNA相当于灵活的关节，使得机械臂可以相对平台旋转。由于DNA带负电荷，当系统受到电场作用时，机械臂向DNA移动。西蒙也向DNA折纸平台中引入了一系列停靠站点，以此来增加对机械臂的位置控制。平台和手臂有互相匹配的凸出短链DNA，当它们靠近时便可配对，将手臂锁住不动。
西蒙实验室证明，这一手臂可以在平台上运输有机荧光染料和金纳米杆。他解释道，这个货物运输装置可以作为工厂流水线的分子版本，由外部操作者发出指令，指导分子快速构建。
变大我吧
DNA机器的另一个潜在应用是用于控制宏观尺寸的机器人。“我的课题组正在制造可以整合传统软材料（如水凝胶）和驱动其运动的动态DNA元件的机器。”瑞贝卡·舒曼（Rebecca Schulman）说，她是美国约翰霍普金斯大学的生物分子工程教授。这些机器人尺寸在10微米到10毫米之间。
舒曼实验室的水凝胶使用DNA双链固定，而没有用传统的小分子交联剂。她说，“我们的材料包含聚丙烯酰胺，它们通过杂交DNA实现物理交联。”她的团队使用链置换反应来胀大水凝胶，将大量的发卡形状的DNA分子插入到DNA双链交联结构中，使得结构延伸，从而导致水凝胶生长。舒曼说，“这种材料生长时，尺寸的变化非常显著。我们把材料的体积放大了100倍。”
团队现在正利用这一现象，通过控制不同部位的膨大时机，来实现控制宏观尺寸机器人的运动。他们把不同种类的DNA水凝胶放在设备的不同部位上。每个水凝胶所交联的DNA双链里都包含不同的碱基序列，它们只会响应序列匹配的DNA发卡。利用这种方式，团队实现了在水凝胶“花朵”上指定“花瓣”的折叠，也制造了一只水凝胶“螃蟹”，它的触角、钳子和腿都可以响应不同的DNA发卡结构而发生弯曲。