12、分子机器人的分子纳米技术

分子机器人的分子纳米技术

1. 分子机器人构建基础

要实现分子机器人，需要构建坚固的纳米结构和灵活的动态纳米结构，引入用于传感和操作的分子开关，并融入用于驱动的动态功能。这些独立系统会作为模块组装起来，以创建集成的分子机器人。

在纳米技术领域，利用生物分子设计和构建纳米级结构取得了重大进展。生物分子具有独特的特性，比如分子组件能根据序列依赖的方式组装成预先设计的结构。特别是核酸和肽，已被用于以程序化的方式利用其序列和结构基元构建纳米结构。此外，在纳米结构中可以精确确定目标分子之间的距离，这使得能够进行依赖距离的功能表达切换和机械运动控制。

1.1 DNA折纸设计与构建基础

自2006年Rothemund开发DNA折纸技术以来，该技术已在许多研究领域得到广泛应用，成为构建用户自定义形状的DNA纳米结构的标准方法。以下是DNA折纸的相关介绍：

1.1.1 二维（2D）DNA折纸

2006年Rothemund开发的DNA折纸源于DNA基元（如双交叉（DX）瓦片）的自组装，是一种获得具有设计好的有限尺寸形状的DNA纳米结构的强大方法。在这项技术中，一条长的单链DNA（ssDNA），即“支架”链，在大量短的单链DNA（“ staple”链）的帮助下折叠成规定的形状。
- 设计步骤 ：
1. 用支架链的路径绘制目标形状。通常，环状单链DNA以单一路径的方式折叠成设计好的形状。
2. 应用staple链作为支架的互补链，使所有链形成设计好的双螺旋结构并使其稳定。
3. 设计每条staple链的路径，使三个相距较远的支架区域靠在一起并相互平行排列。 <