微观“DNA花”的可视化图像由北卡罗来纳大学研究人员制作。
贾斯汀·希尔、菲利普·罗森伯格和罗尼特·弗里曼
在生物学与纳米技术的创新融合中，北卡罗来纳大学（UNC）科学家已开发出能模拟生物体适应性行为的微观软体机器人。这些由DNA与无机材料混合晶体构成的微小花状结构——被称作“DNA花”——可在数秒内快速折叠与展开。研究人员表示，其可逆运动使它们成为迄今工程化最动态的纳米级材料之一，为医学、传感及智能材料领域的响应式系统开辟了新可能。“未来，可设计出可吞服或可植入的变形花形结构，用于靶向药物递送、活检或清除血栓，”UNC弗里曼实验室主任、该研究论文高级通讯作者罗尼特·弗里曼（Ronit Freeman）在声明中表示。
自变形纳米机器人
研究人员设计了由DNA和无机材料制成的微观花形机器人，能像生物体一样移动并响应周围环境。
每朵花的DNA如同微型控制系统，引导其对温度、酸度或化学信号等环境变化做出反应。这些“DNA花”可根据周围条件开合，甚至触发化学反应，从而独立适应环境并执行任务。
核心技术通过可编程DNA组装实现：精心设计的DNA序列引导纳米粒子组织成复杂结构。得益于DNA配对的可预测性及金或氧化石墨烯等无机成分提供的稳定性，这些混合材料在不同刺激下可逆改变形状。研究人员指出，生物编程与纳米材料的结合催生了一类新型软体机器人，能反复变形而不损失结构完整性。
未来，这些形状变换系统可在医学领域用于药物递送、毒素清除或体内微型手术。在医疗保健之外，它们还能通过响应污染物或环境变化，助力环境清理工作。
动态DNA结构
在此项目中，科学家采用小型DNA基材料复制类似自然系统的适应性行为，灵感源自珊瑚运动、花瓣绽放及生物体组织形成。
他们的目标是在人工系统中重现自然的精妙复杂性——使系统能感知并响应环境，这一成就长期以来被认为在微小尺度上极具挑战性。研究人员通过在花形晶体内部排列DNA链，使其对周围环境变化动态响应：当环境酸度升高时，DNA折叠导致花瓣闭合；条件稳定后结构重新打开并松弛。利用这种可逆运动，可与生物组织交互、启动反应，并移动及释放化学物质。
UNC团队指出，尽管该技术仍处于早期阶段，但未来有望用于医学领域的微创活检或定制化药物管理。DNA花可在体内移动，识别肿瘤周围酸度变化，并通过释放药物或采集样本做出反应。
在医疗行业之外，这些柔性材料或可用于清理污染区域，亦可作为高效能数据存储设备：以更小空间存储海量数字数据，同时比现有技术消耗更少能源。“这一突破标志着材料向感知并响应环境迈出了重要一步，弥合了生命系统与机器之间的鸿沟，”研究人员在声明中表示。
该团队研究成果已发表在《自然·纳米技术》期刊上。
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