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隨著納米技術(shù)的興起和快速發(fā)展，納米機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成為了一種新興跨學(xué)科技術(shù)，在化學(xué)、材料、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科的應(yīng)用中具有巨大潛力。早在1959年，諾貝爾獎(jiǎng)得主、理論物理學(xué)家理查德-費(fèi)曼率先提出納米技術(shù)的設(shè)想。他提出未來納米機(jī)器人可作為微型“外科醫(yī)生”，在人體內(nèi)精準(zhǔn)診斷和治療疾病。近年來DNA 納米技術(shù)的出現(xiàn)為編程構(gòu)建自動(dòng)化、智能型的納米級(jí)機(jī)器人提供了關(guān)鍵分子材料和工程設(shè)計(jì)原理。結(jié)構(gòu) DNA 納米技術(shù)基于DNA 自組裝原理，通過合理設(shè)計(jì)可構(gòu)建自定義尺寸、形態(tài)的復(fù)雜二維和三維納米結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài) DNA 納米技術(shù)提供非平衡動(dòng)力學(xué)原則，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重構(gòu)和連續(xù)的分子操作。二十年來，功能多樣的DNA納米機(jī)器人已被開發(fā)用于分子貨物分揀、疾病診斷、靶向遞送藥物和細(xì)胞行為調(diào)控等功能（圖1）。 

本期介紹由湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院聶舟教授和王洪輝副教授團(tuán)隊(duì)近期發(fā)表的題為《Advances in Designer DNA Nanorobots Enabling Programmable Functions》的綜述文章。該文系統(tǒng)介紹了DNA 納米機(jī)器人工程領(lǐng)域的發(fā)展歷史和最新研究進(jìn)展。迄今為止，DNA納米機(jī)器人通過單一的響應(yīng)、多步的響應(yīng)執(zhí)行和連續(xù)的行走等不同的分子操作，實(shí)現(xiàn)生物傳感、靶向藥物遞送和細(xì)胞調(diào)控功能（圖2）。 

基于其設(shè)計(jì)原理，DNA納米機(jī)器人可拆解成三個(gè)基本功能模塊，包括感知器模塊（Sensory module）、控制器模塊（Controller module）、執(zhí)行器模塊（Actuator module）（圖3）。感知器模塊包括G-四鏈體、i-motif和適配體等，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同刺激輸入信號(hào)的響應(yīng)，包括pH值、光、金屬離子、小分子和蛋白質(zhì)等。通過替換不同的感知器模塊，DNA納米機(jī)器人可選擇性響應(yīng)信號(hào)并執(zhí)行操作。控制器模塊通過簡(jiǎn)單控制或具有復(fù)雜邏輯級(jí)聯(lián) DNA 鏈取代反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)可控輸出執(zhí)行指令。進(jìn)一步，執(zhí)行器模塊接受指令實(shí)現(xiàn)按需定制的分子操作行為，包括變構(gòu)、開關(guān)或者連續(xù)分子操作。

最后，作者討論和展望了DNA納米機(jī)器人技術(shù)的未來研究方向，提出了其用于臨床診斷和治療實(shí)踐的可能挑戰(zhàn)。DNA納米技術(shù)的快速發(fā)展使得DNA納米機(jī)器人完成了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜功能的進(jìn)化，不僅能實(shí)現(xiàn)生物傳感和靶向藥物遞送功能，而且能進(jìn)行自動(dòng)分子操作行為，實(shí)現(xiàn)分子貨物分揀、解迷宮、甚至響應(yīng)性操控細(xì)胞。毫無疑問，下一代的DNA納米機(jī)器人將更加智能化和自動(dòng)化，有望實(shí)現(xiàn)編程控制特定的細(xì)胞行為，在未來的腫瘤治療和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊應(yīng)用前景。