下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
那么如何把DNA与信息技术结合起来呢？
让我们用宏观世界中已经无处不在的机器人作为例子：机器人是一个典型的信息技术产物，那么微观世界中是否也有类似的机器人呢？关于这个概念，我们最早可能只是在科幻小说里看到过，未来可能有一种纳米机器人，它可以走到我们的细胞里，寻找到癌细胞并消灭它们，这样不用动手术就能治疗疾病。科学就是不断地把科幻变成现实的历程，科学家围绕这个看似科幻的想法奋斗了很多年，大家意识到建造这种纳米尺度的机器人必须要利用生物技术，采用分子来搭建。
首先是要创造出可以运动的分子，我们称之为“分子机器”。1983年法国科学家绍瓦热（Sauvage）发明了两类可以自主运动的分子机器，通过有机合成的方式创造了分子的运动。随后有许多科学家都在分子机器的领域内不断探索，例如荷兰的费林加（Feringa）教授发明了可以运动的分子汽车。这两位教授和美国的司徒塔特（Stoddare）教授一起获得了2016年的诺贝尔奖，以表彰他们在分子机器领域的贡献。分子机器的产生使得分子突破了布朗运动的限制，产生了定向机械运动，可以像宏观的机器人一样走起来。诺贝尔奖委员会高度评价了这种纳米尺度的机器人：“分子机器在未来的应用可以说不可限量，甚至还能应用于医疗，进入人体组织修复器官，除去癌变细胞，更换有缺陷的人体基因。”
但是获得诺贝尔奖并不意味着分子机器人的研发画上了圆满的句号，它代表的其实是大家对技术潜力的无限憧憬。这些通过有机合成人为创造的分子，在体外可能运行得很好，可以实现各种各样的功能。可是它一旦进入细胞，情况就会完全不同。因为细胞对这些小分子来说是一个太过巨大和复杂的空间，有点类似于人类进入了浩瀚的太空。细胞内部有细胞质、细胞核和各种细胞器，要在这些位置之间穿梭就像人类要在不同的星球间穿梭一样，是一个高难度的行为，需要克服高度复杂的生物环境带来的各种问题。
要完成这样复杂的动作，必须让这些机器具有智能。这已经超越了有机合成的能力范畴，于是化学家将目光转向了分子的组装，希望借此突破分子智能的限制。因为在我们的细胞里面就有一些“机器”无时无刻不在运行。比如说我们体内与肌肉运动相关的蛋白质就在不断组装和解组装，这就是一个天然的分子机器。于是我们前些年提出了一个理念：能不能不依靠有机小分子从头合成，而是直接借助自然的力量，利用DNA或者框架核酸在细胞里的组装和解组装来构筑仿生的DNA机器，从而实现细胞里的物质和能量调控？
基于这个理念我们开启了全新的合成生物学研究：我们创建了一系列由框架核酸组装的原件，它们像3D打印一样精确；我们证明了可以通过分子组装产生智能，即用框架核酸创造智能分子机器人，虽然看上去比较粗糙，但却可以像家里的扫地机器人一样走迷宫；我们还从细胞外深入到了细胞内，仿造病毒这种天然纳米机器人的构造和工作原理做出框架核酸纳米机器人。这些工作有望推动生物医药产业进一步发展。
可以像扫地机器人一样走迷宫的框架核酸智能分子机器人 [5]
虽然DNA这种全新的材料与信息技术世界中机器人的结合是一个新兴的领域，但已经呈现出非凡的价值，值得持续探索。