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脫氧核糖核酸（DNA）作為生命遺傳分子，是可編程的生物大分子，近年來開始用于制造新型生物材料，尤其是DNA水凝膠材料蓬勃發展（Progress in Polymer Science, 2019, 101163）。DNA水凝膠機械強度低（彈性模量通常低于1000 Pa），特別適合構建軟體機器人。

近期，天津大學化工學院仰大勇教授課題組構建了一種基于DNA水凝膠材料的DNA軟體機器人。該軟體機器人兼具超軟和超彈的力學特性，在磁導航驅動下可將細胞遞送至受限空間。他們利用滾環擴增反應（RCA）合成DNA水凝膠（如圖所示）。長鏈DNA間物理纏繞形成動態交聯點，DNA修飾的磁性納米粒子作為永久交聯點，共同構建獨特的水凝膠雙網絡。這種磁性DNA水凝膠的彈性模量低于1 Pa，表現出超軟特性；且可被拉伸13倍，表現出超彈特性。基于水凝膠的獨特性能，他們設計了一種具有形狀適應性的DNA軟體機器人。在磁驅動下，DNA機器人可運動通過比自身體積更小的狹窄通道，還可進入不規則形狀的凹槽空間，甚至可完成復雜路徑迷宮中的行走任務。更重要的是，DNA水凝膠具備三維多孔結構和良好的生物相容性，可作為細胞的三維培養載體材料，在磁導航驅動下將細胞遞送至受限空間，且不影響細胞的活性。該DNA軟體機器人可望用于診斷治療、可植入醫療設備和微創手術等重要生物醫學相關領域。

DNA軟體機器人的分子設計原理圖

      研究結果近期在線發表于Angewandte Chemie International Edition，相關成果已申請中國發明專利。天津大學化工學院碩士研究生唐建普和講師姚池博士為共同第一作者，合作者包括美國康奈爾大學羅丹、Sunghwan Jung教授和澳大利亞新南威爾士大學谷子博士。研究得到國家自然科學基金的資助支持。

論文作者為：Jianpu Tang+, Chi Yao+, Zi Gu, Sunghwan Jung, Dan Luo, Dayong Yang*

原文：https://doi.org/10.1002/anie.201913549

仰大勇教授介紹

仰大勇 博士，天津大學化工學院教授、院長助理，入選國家級海外人才計劃、國家優青、天津市杰青。現任天津大學校學術委員會委員、中國生物醫學工程學會納米醫學與工程分會委員。課題組研究方向是材料化學與生物醫學的交叉領域，聚焦DNA合成與智能制造，利用材料化學的手段理解生命系統運行機制，探索重大疾病的診斷治療新途徑。

課題組主頁：http://yanglab-dna.com/