11、分子机器人与合成生物学：前沿科技探索

分子机器人与合成生物学：前沿科技探索

1. 纳米孔技术与分子机器人潜力

纳米孔蛋白能在脂质膜上形成纳米级孔隙，可进行物质的大小选择性运输。借助纳米孔测量技术，能够实现对目标分子的单分子水平快速、电学且无标记检测。该技术还可用于评估膜蛋白和人工膜门的功能，涵盖孔径和分子选择性等方面，在分子机器人领域具有重要应用价值。

将纳米孔技术与 DNA 计算技术相结合，有望构建具备传感器和智能的分子机器人，在靶向药物递送和个性化医疗等领域拥有无限应用可能。例如，可构建具有诊疗一体化系统的分子机器人。当配备该系统的基于脂质体的分子机器人接近肿瘤细胞时，高浓度分泌的 miRNA 会通过纳米孔进入脂质体，随后 DNA 计算系统在脂质体内合成反义药物，最终使脂质体破裂释放药物。

纳米孔技术在分子检测方面具有显著优势，其操作步骤可概括如下：
1. 制备含有纳米孔蛋白的脂质膜。
2. 将待检测样本与脂质膜接触。
3. 通过电学检测记录目标分子通过纳米孔时引起的电流变化。
4. 分析电流变化数据，识别和定量目标分子。

2. 合成生物学概述

合成生物学自 2000 年以来迅速发展，它基于生物化学和遗传学的广泛知识，旨在利用细胞功能构建先进的物质生产系统，并设计具有全新生物学功能的微生物。与传统代谢工程相比，合成生物学提供了更大规模的分析和技术。例如，源于人类基因组分析项目的基因组合成技术以及以 CRISPR/Cas9 为代表的基因组编辑技术，使细胞生命系统的改造成为可能。

近年来，体外构建细胞功能的尝试加速发展。通过组装分子和基因来构建活细胞，有助于理解细胞在微观空间中的生命活动组织方式。目前，这已成为全球