多维纳米机器人技术 实现三维人工纳米结构的直接自我复制

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多维纳米机器人技术 实现三维人工纳米结构的直接自我复制

2026-01-26 16:17

来源:中国网

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纳米科技作为前沿交叉领域,以成为突破关键核心技术的重要力量。中国科学院宁波材料技术与工程研究所副研究员周峰科研技术团队,深耕生物纳米材料精准可控制备领域,以原创技术打破国外垄断、推动成果转化,在纳米机器人研发、DNA自组装技术创新等方面取得一系列标志性成果。

在纳米制造领域,传统“自下而上”的自组装技术长期受限于材料适配性,难以实现非自组装材料的有序构建。周峰团队针对性提出“自上而下”的三维操控新思路,研发出基于DNA折纸结构的工业纳米机器人。该机器人主体尺寸约100纳米,集成六个链接轴与两个可折叠支架,可通过温度与紫外光双重调控,完成纳米零件的抓取、定位与“焊接”,组装出具有特定结构的纳米产品。更关键的是,该机器人具备催化特性,能制备原料本身不具备的光学手性纳米产物,且可在任务完成后自动重置,首次实现三维人工纳米结构的直接自我复制。这一成果发表于《Science Robotics》,被英国《新科学家》专题报道,国际同行评价其“有望为糖尿病等疾病治疗提供全新技术路径”。

提出了生物高分子动态三维折叠组装新机制,开发出三维DNA工业纳米机器人可响应外界条件并操控制造出具有“手性”的纳米材料

纳米结构的制备只是第一步,如何实现规模化生产以满足实际应用需求,成为团队面临的下一个关键课题。针对DNA纳米结构规模化制备难题,团队突破天然DNA“一对一”复制的速度瓶颈,建立“一条模板,多个子体”的晶体组装策略。实验数据显示,单个DNA纳米模板通过指导原料组装一维晶体并完成光交联,单次循环可复制出10个结构相同的“子”结构,经过6次循环后,子结构数量可指数级扩增至数十万。同时,团队创新性引入错配序列制造变异,模拟纳米器件进化机制,实现人工纳米结构的定向进化。该技术发表于《美国国家科学院院刊(PNAS)》,多位国际知名学者在综述中指出,这一系统让人工材料具备类似自然进化的能力,为按需“进化”新功能材料提供可能。


建立了生物高分子晶体内自我复制新方法,突破了自我复制“一生二”的速度限制,实现了DNA纳米材料的高效制备

面对DNA纳米结构易解体、实用性不足的痛点,团队开发多维度稳定性提升方案:以DNA结构为模板进行气相刻蚀,在二氧化硅基底上制备出精度达8纳米的纳米电路图;通过原子层沉积包覆DNA折纸,实现高温环境下的形状保持与碳材料转化;调控溶液环境与干燥工艺,制备出干态下维持三维形貌的中空DNA纳米框架,将材料机械强度提升两个数量级。截至目前,相关技术已获美国发明专利授权3项、中国发明专利多项,研究论文被《Nature》《Science》等顶刊高频引用,团队累计在Science Robotics、PNAS、JACS、ACS Nano等国际期刊发表多篇论文,总被引次数超3400次,为智能纳米材料领域贡献了多项技术支撑。

科研的最终价值在于应用,团队始终秉持产学研协同发展理念,积极推动技术从实验室走向产业一线。他们与国内药企合作建立微纳米药物递送载体中试生产线,目前一款基于其技术的产品年销售额已超千万元。在国家自然科学基金等项目支持下,团队正拓展DNA纳米载体在抗病毒疫苗、肿瘤靶向治疗等领域的应用研究,加速技术向临床转化。

周峰团队的创新实践,是我国纳米科技领域自主创新的缩影。团队以可控制备技术为核心,在纳米制造领域持续突破,更通过成果转化为行业发展注入新动能。(供稿人:王雅丽)


【编辑:赵娜】
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