Исследователи из Университета Северной Каролины создали микроскопических мягких роботов в форме цветов, которые могут менять форму и поведение в зависимости от окружающей среды, подобно живым организмам. Эти крошечные «ДНК-цветы» сделаны из особых кристаллов, образованных путём соединения ДНК и неорганических материалов.
Микроскопические ДНК-«цветы» могут доставлять лекарства именно туда, где они нужны.
Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл. под редакцией Сэди Харли , рецензент Роберт Эган
Исследователи из Университета Северной Каролины создали микроскопических мягких роботов в форме цветов, которые могут менять форму и поведение в зависимости от окружающей среды, подобно живым организмам. Эти крошечные «ДНК-цветы» сделаны из особых кристаллов, образованных путем соединения ДНК и неорганических материалов. Они способны обратимо складываться и разворачиваться за считанные секунды, что делает их одними из самых динамичных материалов, когда-либо созданных в столь малых масштабах.
Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology .
ДНК каждого цветка действует как крошечная компьютерная программа, управляя движением и реакцией на окружающий мир. При изменении окружающей среды, например, при повышении или понижении кислотности, цветок может раскрываться, закрываться или запускать химическую реакцию. Это означает, что эти роботы на основе ДНК однажды смогут самостоятельно выполнять различные задачи, от доставки лекарств до уборки загрязнений.
«Люди были бы рады иметь умные капсулы, которые автоматически активируют лекарство при обнаружении заболевания и прекращают его действие после выздоровления. В принципе, это возможно с нашими материалами, способными менять форму», — сказал доктор Ронит Фриман, старший автор статьи и соавтор-корреспондент, а также директор лаборатории Фримана в Университете Северной Каролины.
«В будущем можно будет разработать проглатываемые или имплантируемые цветы, способные менять форму, которые будут доставлять целевую дозу лекарств, проводить биопсию или очищать кровь от тромбов».
Идея была вдохновлена естественными процессами, такими как распускание лепестков цветов , пульсация кораллов и формирование тканей живых организмов. Исследователи хотели воспроизвести эти сложные процессы в искусственных материалах — задача, которая долгое время ставила в тупик учёных, работающих с микроскопическими объектами.
«Мы черпаем вдохновение в природных замыслах, таких как цветение цветов или рост тканей, и преобразуем их в технологии, которые однажды смогут мыслить, двигаться и адаптироваться самостоятельно», — сказал Фриман. Ключ к их успеху кроется в том, как организована ДНК внутри кристаллов в форме цветка. Когда окружающая среда становится более кислой, участки ДНК плотно сворачиваются, заставляя цветок закрываться. Когда условия возвращаются в норму, ДНК ослабевает, и лепестки снова раскрываются. Это простое, но мощное движение можно использовать для управления химическими реакциями , переноса и высвобождения молекул, а также для взаимодействия с клетками и тканями.
Хотя технология всё ещё находится на ранней стадии тестирования, команда предвидит интересные перспективы её применения. Когда-нибудь эти ДНК-цветы можно будет вводить в организм, и они доберутся до опухоли.
Попав туда, кислотность опухоли может заставить лепестки закрыться, высвобождая лекарство или беря крошечный образец ткани. Когда опухоль рассасывается, цветки снова раскрываются и деактивируются, готовые снова отреагировать на рецидив болезни.
Помимо медицины, эти умные материалы могут использоваться для ликвидации последствий экологических катастроф, выделяя чистящие средства в загрязнённую воду и безвредно растворяясь после завершения работы. Они даже способны хранить огромные объёмы цифровой информации — до двух триллионов гигабайт всего в 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, способных воспринимать окружающую среду и реагировать на нее, сокращая разрыв между живыми системами и машинами.
Дополнительная информация: Обратимый метаморфоз иерархических ДНК-неорганических кристаллов, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02026-8
Информация о журнале: Nature Nanotechnology
Предоставлено Университетом Северной Каролины в Чапел-Хилл
источник: