DNA机器，前进吧(5)

水凝胶螃蟹丨图源：约翰霍普金斯大学瑞贝卡·舒曼实验室主页
团队的终极目标是，设计出可以响应外界刺激后自主运动的机器人。为了向这一目标迈进，团队正在设计可以释放DNA发卡的感受器，使装置可以在特定小分子的刺激下发生移动。舒曼说，“这不仅对机器人来说是很初始的一步，对控制器也是。”
自主运动装置的应用可能作为一种智能捕获装置，可以探测化学梯度并沿此移动。“拥有对远处化学信号作出反应并移动的能力，机器人就可以找到并捡拾特定类型的细胞或者碎片。这种机器人可以开展生物活检，或者保证物质表面极度清洁。”舒曼说道。
指示时间
在美国加州大学洛杉矶分校艾丽莎·弗朗克（Elisa Franco）的实验室，正聚焦于自主性DNA机器的时间控制。她解释说：“我感兴趣的是，理解如何使DNA纳米结构响应刺激后改变形状，以及如何使这种形状改变在定期内规律地发生。”
2019年，她的实验室展示了可以节律性地组装和解离的DNA纳米管。纳米管的基础材料是DNA瓦片，瓦片上有多条单链DNA。当来自于不同瓦片的DNA单链互补链配对成双链，纳米管组装开始；而当“入侵链”到来并破坏原有配对后，纳米管发生解离。之后，通过“反入侵链”来将已结合的入侵链替换掉，便可引发DNA纳米管的重组装，使得DNA瓦片再次自由形成纳米管。弗朗克说，“我们现在有纳米尺寸的单体，它们可以在几分钟内就长成微米级的管状结构。”
研究者受到了细胞骨架的启发，后者是细胞分裂过程中周期性生长的管状网络。弗朗克说，“我们想要同样的动作反复进行。”入侵链和反入侵链可以周期反复地人工添加到系统里，来控制组装和解离。但是，为了实现自主控制，团队将系统与一个合成的分子振荡器结合，利用这个振荡器调控两种DNA链的释放。
振荡器包括一个负反馈基因环路和两个酶。环路由两个分别编码入侵链和反入侵链的合成DNA基因形成；两个酶则分别是负责制造入侵链和反入侵链的RNA聚合酶，另一个是可以降解两种链的核酸酶。基因的振荡行为由入侵链和反入侵链的周期性产生和降解来驱动。