作者：Eric Ralls，2026年3月25日。
DNA 最广为人知的身份是携带遗传信息的分子，但科学家们已开始将其视为一种截然不同的事物——用于制造机器人的建筑材料。
在全球各地的实验室中，研究人员已成功将 DNA 折叠成能够抓取、弯曲并对信号做出响应的运动部件。
这一构想听起来充满未来感，但它正迅速从一个遥远的概念，转变为一项切实的工程挑战。
如今，真正的关键问题并非DNA能否形成能够运作的机器，而是这些机器能否得到有效控制、实现规模化，并以足够高的可靠性被制造出来，从而在医学、制造业及更广阔的领域中发挥实际功用。
基于DNA的纳米机器人
从概念到工程实现的这一转变，目前正处于进行之中。近年来，科学家们已构建出一系列简单的DNA装置——包括微小的夹具、“步行者”、齿轮，甚至还有能够根据指令开启与闭合的类手结构。
综合这些前沿进展，来自北京大学（PKU）的一个研究团队——其中包括工程师周立峰——提出观点：在分子尺度上，DNA实际上已开始呈现出“硬件”的特性。
在这些设计中，坚硬的双链片段提供了结构支撑，而单链部分则增添了柔韧性，使得各组件能够弯曲、铰接并发生位移。这些特性相结合，为研究人员提供了一套实用的设计工具包。
然而，将这套工具包转化为性能可靠的机器，目前仍处于持续探索的阶段——尤其是在如何精准调控这些微型系统在构建完成后的行为表现方面。
DNA片段如何移动
当研究人员为分子的不同部分分配不同的功能，然后将它们组装成预定的形状时，运动就开始了。
利用DNA折纸术——一种将DNA折叠成特定形状的方法——短链弯曲长链，形成可移动的结构。
2015年的一项设计将刚性束和柔性铰链结合起来，创造出纳米级关节，这些关节可以像门一样摆动，也可以像滑块一样伸缩。
这些部件至关重要，因为这种尺度的运动不能仅仅依靠齿轮和马达，它必须写入结构之中。
赋予DNA机器人方向
控制成为下一个难题，因为一台无法停止、启动或选择路径的微型机器几乎毫无用处。
一种解决方案是DNA链置换，这是一种交换反应，其中一条新加入的链会将另一条链踢开，从而触发预设的运动。
电场、磁场和光也可以控制这些装置，但它们通常更容易移动整个结构，而不是单个关节。
这种权衡使得该领域需要在精度和速度之间取得平衡，而这种矛盾在医学、制造业和计算机领域也屡见不鲜。
DNA机器人进军医学领域
医学不断推动这些机器的发展，因为人体本身就依靠分子运作，而DNA在人体中并不显得格格不入。
在2024年推出的一款纳米抓取器中，四个柔性手指在30分钟内捕获了唾液中的SARS-CoV-2病毒，其灵敏度与标准实验室检测相当。
另一款DNA机器人将一种凝血药物运送至小鼠体内的肿瘤血管处，并仅在抵达目标后才释放该药物。
此类研究成果预示着自主药物递送技术的潜力，尽管血液化学环境、免疫防御机制以及酶解作用目前仍制约着其在现实世界中的应用。
DNA 机器的灵感源自自然界的分子马达、DNA 特性及其自组装能力。图片来源：SmartBot。点击图片放大。
利用DNA构建微型工厂
除了医学领域，DNA结构还能作为模板，将其他材料精确地放置在工程师想要的位置。
这一点至关重要，因为这些模板能够以亚纳米级的精度放置纳米颗粒，而哪怕是微小的误差都可能导致器件失效。
研究人员已经利用DNA引导，将纳米颗粒和光源排列成有序的图案，为光学器件的研发开辟了道路。
同样的精度也可用于分子电子学和光学元件的制造，但前提是生产过程必须更加稳定可靠。
DNA 储存的信息远不止基因。
信息是另一个前沿领域，因为 DNA 可以存储指令、响应输入，并在极小的空间内存储大量信息。
简单的 DNA 电路已经可以执行逻辑运算，但运行速度很慢，因为每一步都依赖于分子在溶液中相互寻找。
2024 年的一项新技术将化学标记印制到预先制备的 DNA 上，并编码图像，而无需从头开始编写每个碱基。
这种方法解决了主要瓶颈问题，但读取和重写分子文件对于日常使用的机器来说仍然成本过高。
当分子开始反击
随着机器体积变得越来越小，一个棘手的问题也随之浮出水面。在这一微观尺度下，永不停歇的分子运动开始对这些机器产生推挤干扰。
科学家将这种现象称为“布朗运动”——即周围分子所产生的持续不断的碰撞与推搡——它会导致每一个微小的部件都发生摇晃。
一个在计算机模拟中看似完美无缺的设计，一旦被制造到现实世界中，便可能发生弯曲、漂移，甚至彻底变形。
正因如此，许多DNA机器人目前与其说是可靠的实用工具，倒不如说是实验室里的演示模型；这也正是为何实现更精准的控制显得如此至关重要的原因所在。
更好地设计DNA机器
设计软件发展迅速，但构建一台可移动的DNA机器仍然常常意味着猜测、模拟、测试和推倒重来。
新型系统可以根据更高层次的目标绘制形状草图，而基于图的学习可以预测复杂组件的最终状态。
标准零件库也能有所帮助，使团队能够重复使用经过验证的铰链和框架，而无需重新发明相同的组件。
如果没有这种共享的工具包，该领域可能会出现这样的情况：一方面快速地推出巧妙的演示，另一方面却无法发展出可靠的工程实践。
推动DNA机器人走向现实应用
制造单个DNA机器已不再是主要挑战。如今真正的难关在于：如何以低成本、高可靠性的方式批量生产数百万个这样的机器。
研究人员正转而利用大肠杆菌发酵技术来大规模制备长链DNA——这是一种远比手工逐一构建结构更为切实可行的方案。
若要实现这一目标，其制造流程必须向现代化的生产线模式演进，引入自动化混合、精准温控以及成像监测系统，以便在成本失控之前，及早识别并剔除不合格的批次。
“未来的机器人将不再仅仅由金属和塑料构成，”该研究团队写道。这一转变正悄然改变着科学家们对该领域的认知。
DNA 机器人技术正逐渐摆脱科幻小说式的“旁门左道”形象，日益演变为一门真正的工程学科——它拥有明确的组件、控制机制以及性能指标。
接下来的发展将取决于能否构建出更为坚固的设计、提升制造的一致性，并引入更为智能的反馈系统。若想让 DNA 纳米机器人真正发挥实用价值，它们就必须具备在实验室受控环境之外长期存活的能力。
这项研究发表于《SmartBot》。
原文链接：https://share.newsbreak.com/hv20dhj3?s=i16
2026年3月26日， 顾震帝整理。