约翰•霍普金斯大学的生物化学工程师通过改变DNA分子的序列达到了改变水基凝胶形状的目的，这为柔体机器人以及“智能”医疗设备（设备的使用不再依靠笨重的电线、电池或联机线）的设计生产提供了新的思路。

该研究由约翰•霍普金斯大学怀廷工程学院的三名教师监督，今天，其在“科学”杂志的网站上对研究内容进行了详细介绍。

团队成员在报告中介绍说，在研究过程中使用到了一种特定的DNA序列，他们将其称之为“hairpins”，这种DNA分子能够使一厘米大小的水凝胶样品膨胀到其原始体积的100倍。然后研究人员使用具有不同序列的“terminator hairpin” DNA分子来中止反应。研究人员说，这种方法可以将自由移动的成分“编织”成柔体材料——未来的某一天，这可能会在智能材料、变形装置、复杂的程序执行器以及自主机器人（主要应用在海洋和医疗领域）的研发制造方面发挥重要作用。

研究过程中，为了控制水凝胶不同部位所需要发生的形状变化，研究人员借鉴了计算机行业中的一些技术经验。他们采用了光刻图案技术，这种技术与制造微小而复杂的微型芯片所需要的技术相似。嵌入到凝胶不同区域的各种生物化学图案，都是被设计以响应特定的DNA指令，从而完成弯曲、折叠或其他一些反应。

“DNA分子的序列可以被理解为计算机代码。”约翰•霍普金斯大学化学与生物分子工程系教授、“科学”杂志资深作者之一的David Gracias说道。“正如计算机软件可以指导执行具体的任务一样，DNA分子的序列可以控制材料在特定位置以某种规定好的方式弯曲或扩展。”

他补充说：“这其实并不是一件很特殊的事情。”

Gracias说：“想想毛虫是如何变成蝴蝶的，这样你就会明白形态变化在生物学中的重要性了。”

为了确认不同的DNA分子序列分别作用于水凝胶的哪些部位，团队成员使用了能够响应DNA序列的花形水凝胶。在每个“花形”中都制作了两套花瓣，而每套花瓣都被设计成仅对一种DNA序列产生响应的状态。当两个序列都发生作用时，所有的花瓣都被折叠。但是当它们只接触到一个序列时，只有与该序列相匹配的花瓣才会发生折叠。

该团队还制造了螃蟹形状的水凝胶装置，在该装置中，螃蟹的触须、爪和腿分别对应特定的DNA序列，当DNA 序列发生响应时其对应的部位将会卷起。这套装置之所以选择螃蟹形状是为了纪念马里兰州著名的海鲜。众所周知，马里兰州的螃蟹至少可以存活60天。

该研究中的另一位资深作者兼化学与生物分子工程系助理教授Rebecca Schulman（丽贝卡•舒尔曼）表示：“我们着迷于活细胞是如何使用化学信号来决定其长大或移动的方式以及使用化学能量来为自身提供能量。我们希望设计一种具有类似功能的机器。利用这样的制造技术我们就可以设计出一些不同尺寸的、非常复杂的设备。”


来源：材料科技在线