蛋白質(zhì)機器是細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮生理功能的重要單元。化學(xué)家一直努力在試管中設(shè)計與合成人工分子機器，以模擬生物體內(nèi)的天然分子機器功能，并利用人工分子機器構(gòu)建單分子機器人。DNA分子作為一種進化產(chǎn)生的遺傳物質(zhì)，具有卓越的堿基配對識別能力，可實現(xiàn)精確的分子自組裝，并且可構(gòu)筑具有高空間分辨和定位能力的納米結(jié)構(gòu)。因此，DNA納米結(jié)構(gòu)已在納米電子學(xué)、納米光子學(xué)、單分子催化等研究領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。

　　此次研究人員通過將DNA雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)精確“錨定”到DNA納米結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)在納米界面上沿著設(shè)計路徑的分子級聯(lián)反應(yīng)。借助于原子力顯微鏡和超分辨顯微鏡等單分子成像技術(shù)，研究人員可清晰地觀察到DNA分子機器人的行走軌跡。該DNA分子機器人在引發(fā)信號鏈的作用下，可以沿著預(yù)先設(shè)定的路徑直線或轉(zhuǎn)彎行走。

　　為展示DNA分子機器人的智能運算能力，研究人員在DNA納米結(jié)構(gòu)上設(shè)計了一個迷宮，利用DNA分子機器人的并行運算能力求解這個迷宮問題。迷宮有唯一的入口和唯一的出口，以及四個非出口的終點。在DNA分子機器人行走過程中，每個結(jié)構(gòu)上DNA分子會從起點開始，走向一個終點，或者走向出口。通過單分子成像，研究人員觀察到了DNA分子行走過的所有路徑，從而獲得迷宮正確行走路徑的解。

　　相關(guān)專家表示，這種將DNA分子反應(yīng)與智能運算的有機結(jié)合，為發(fā)展單分子智能傳感和疾病診療提供了新思路。