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康奈尔大学的人造生物材料

人造材料与生物之间的界限变得越来越模糊。研究人员创造了一种新的生物材料,它没有生命,但具有生命的三个关键特征:新陈代谢、自我组装和组织。

康奈尔大学的人造生物材料

这种新材料可以像软泥怪一样蠕动爬行——前面的泥土化为身体,后面的部位逐渐干涸脱落化为泥土。科学家甚至在实验室里用几种备选样本玩起了竞速比赛。

实现这一效果的是被科学家称之为DASH的机制:基于DNA的装配和分层材料的合成。与生物体中的DNA一样,科学家把代谢和再生的指令编码到生物材料之中。

“我们正在推出一种全新的材料概念,其自身由人工新陈代谢所驱动。”纽约康奈尔大学的Dan Luo说道,“我们没有创造出有生命的东西,但我们正在创造比以往任何时候都更加生动的材料。”

DASH的核心是纳米级构建块,可以将材料重新排列成聚合物,最终形成更大的形状——所有这些都来自重复的DNA链,它们只有几毫米或百分之一英寸长。

材料最开始以55个核苷酸序列作为基础种子,与反应溶液结合逐步成长,后者提供能量流使DNA能够自我复制。

“所有这些过程都是自发的,”Luo说。 “没有人为干扰。生命从几种分子开始进化数十亿年,中间的过程与我们的实验从本质上来说可能是相同的。”

目前的生物材料仍然非常简单,但它为将来自我复制的机器人技术奠定了基础。

过去已经有很多生物材料可被用于增强机械和机器人的性能,甚至用来修复人体组织——新发明看起来像是该领域的又一重大进展。

后续的研究,工程师们希望能够通过编程以避开或趋向食物和光线等刺激因素;同时延长材料的使用寿命。

“这些设计仍然是原始的,但他们展示了一种从生物分子中创造动态机器的新途径。”康奈尔大学的研究人员Shogo Hamada说,“我们迈出了通过人工新陈代谢建立生命机器的第一步。”

“即使是简单的设计,我们也能够开发出类似竞速赛这样的复杂行为。人工新陈代谢机制将开辟机器人领域的新天地。”

该研究发表在Science Robotics上。

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