Микроскопические «ДНК-цветы» смогут доставлять лекарства точно в цель
Визуализация микроскопических «ДНК-цветов», созданных в лаборатории Фримен в Университете Северной Каролины. Авторы: Джастин Хилл, Филип Розенберг и Ронит Фримен
Исследователи из Университета Северной Каролины создали микроскопических мягких роботов в форме цветов, которые могут менять форму и поведение в ответ на окружающую среду, подобно живым организмам. Эти крошечные «ДНК-цветы» сделаны из специальных кристаллов, образованных комбинацией ДНК и неорганических материалов. Они могут обратимо складываться и раскрываться за секунды, что делает их одними из самых динамичных материалов, когда-либо созданных в таком малом масштабе.
Работа была опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
ДНК каждого цветка действует как крошечная компьютерная программа, сообщая ему, как двигаться и реагировать на окружающий мир. Когда среда изменяется, например, при повышении или понижении кислотности, цветок может открываться, закрываться или запускать химическую реакцию. Это означает, что однажды такие ДНК-роботы смогут самостоятельно выполнять задачи — от доставки лекарств до очистки от загрязнений.
«Люди хотели бы иметь умные капсулы, которые автоматически активируют лекарство при обнаружении болезни и останавливаются после излечения. В принципе, это стало возможным с нашими материалами, меняющими форму», — сказала доктор Ронит Фримен, старший и корреспондирующий автор статьи, директор лаборатории Фримен в UNC.
«В будущем глотаемые или имплантируемые цветы, меняющие форму, можно будет запрограммировать для доставки целевой дозы препаратов, проведения биопсии или устранения тромба».
Идея была вдохновлена природными процессами, такими как раскрытие лепестков цветов, пульсация кораллов и формирование тканей в живых организмах. Исследователи хотели воспроизвести это сложное поведение в искусственных материалах — задача, которая долгое время ставила в тупик ученых, работающих в микроскопических масштабах.
«Мы черпаем вдохновение в природных конструкциях, таких как цветущие растения или растущие ткани, и преобразуем их в технологии, которые однажды смогут самостоятельно думать, двигаться и адаптироваться», — сказала Фримен.
Ключом к их успеху стала особая организация ДНК внутри цветкообразных кристаллов. Когда окружающая среда становится более кислой, части ДНК плотно складываются, заставляя цветок закрываться. Когда условия возвращаются к норме, ДНК ослабевает, и лепестки снова раскрываются. Это простое, но мощное движение можно использовать для управления химическими реакциями, переноса и высвобождения молекул или взаимодействия с клетками и тканями.
Хотя технология все еще находится на ранней стадии тестирования, команда предвидит захватывающие варианты применения в будущем. Однажды эти ДНК-цветы можно будет вводить в организм, где они будут направляться к опухоли. Оказавшись там, повышенная кислотность опухоли заставит лепестки закрыться, высвобождая лекарство или беря крошечный образец ткани. Когда опухоль рассосется, цветы снова откроются и деактивируются, готовые среагировать, если болезнь вернется.
Помимо медицины, эти умные материалы можно использовать для ликвидации последствий экологических катастроф, высвобождая очищающие агенты в загрязненную воду, а затем безвредно растворяясь после выполнения задачи. Они даже смогут хранить огромные объемы цифровой информации — до двух триллионов гигабайт всего в одной чайной ложке, предлагая более экологичный и эффективный способ хранения, чтения и записи данных в будущем.
Этот прорыв знаменует собой важный шаг на пути к созданию материалов, которые могут чувствовать и реагировать на окружающую среду, сокращая разрыв между живыми системами и машинами.
Больше информации: Reversible Metamorphosis of Hierarchical DNA-Inorganic Crystals, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02026-8
0 комментариев