8、分子机器人系统技术：从人工细胞到自动化计算

分子机器人系统技术：从人工细胞到自动化计算

1. 人工细胞与分子机器人的融合

人工细胞领域有着诸多令人瞩目的成果。Kawano 和 Takinoue 等人构建了内置 DNA 计算机的人工细胞“系统”，在 DNA 电路中进行与（AND）运算，输出的 RNA 分子穿过脂质膜上的纳米孔后通过电化学测量进行检测。Chen 等人报道的“抗糖尿病”人工细胞模型，能响应外部葡萄糖浓度的增加而分泌胰岛素。当大脂质体中 pH 值升高使 I - 基序去除时，包裹胰岛素的小脂质体膜与大脂质体膜融合，将胰岛素释放到外部。Sato 等人报道的变形虫状分子机器人，利用“分子离合器”通过 DNA 分子杂交实现巨型单层囊泡（GUV）脂质膜与驱动蛋白（运动蛋白）的结合/分离，从而在停止模式和运动模式之间切换。

人工细胞和分子机器人研究领域紧密相连，它们材料兼容性高，且都旨在让分子作为一个系统发挥作用。创造超越真实活细胞的人工细胞，以及构建难以用语言描述的类生命系统，都是极具趣味性的研究方向。这两个研究领域将相互促进发展，为人类环境开辟新的前沿。

2. 变形虫型分子机器人原型

2.1 分子机器人组装挑战与解决方案

在分子机器人领域，将多个分子设备组装成一个系统是一项基础挑战。对于米级机器人，我们可以用手或工具组装零件和设备，但分子机器人中纳米级的分子设备太小，难以手动操作。虽然自组装是一种可行的构建方法，但组装好的分子系统在从试管转移到不同环境（如体内或海洋）时，集成的多个设备会分散，导致机器人功能消失。而模仿活细胞的区室化机制是解决这一问题的有效途径。在细胞中，各种分子被细胞膜分隔，防止细胞内分子在溶液中扩散，从而使细胞能够执行和维持其功能。因此，将分子设备区室化到