Biokemiska ingenjörer vid Johns Hopkins University använde sekvenser av DNA-molekyler för att få vattenbaserade geler att ändra form, demonstrera en ny taktik för att producera mjuka robotar och "smarta" medicintekniska produkter som inte är beroende av besvärliga ledningar, batterier, eller tänder.

Forskningen, övervakas av tre fakultetsmedlemmar i universitetets Whiting School of Engineering, finns detaljerad online idag i tidningen Vetenskap .

Teammedlemmarna rapporterade att deras process använde specifika DNA-sekvenser som kallas "hårnålar" för att få ett centimeterstort hydrogelprov att svälla till 100 gånger dess ursprungliga volym. Reaktionen stoppades sedan med en annan DNA -sekvens, kallade en "terminator hårnål". Detta tillvägagångssätt kan göra det möjligt att väva rörliga delar i mjuka material, som, sa forskarna, kan någon gång spela en roll när det gäller att skapa smarta material, metamorfa anordningar, komplexa programmerade ställdon, och autonoma robotar med potentiella marina och medicinska tillämpningar.

För att kontrollera hur formförskjutning sker i olika delar av målhydrogeln, forskarna tog en ledtråd från datorindustrin. De använde en fotomönsterteknik som liknade den som användes för att göra små men invecklade mikrochips. Olika biokemiska mönster inbäddade i olika delar av gelén var utformade för att svara på specifika DNA -instruktioner för att orsaka böjning, hopfällbar, eller andra svar.

"DNA -sekvenser kan ses som en analog till datorkod, "sa David Gracias, professor vid universitetets institution för kemisk och biomolekylär teknik, och en av två ledande författare till Science -artikeln. "Precis som datorprogramvara kan styra specifika uppgifter, DNA -sekvenser kan få ett material att böja eller expandera på ett visst sätt på en specifik plats. "

Detta är inte en ovanlig händelse i naturen, han lade till.

"Att ändra form är mycket viktigt inom biologin, "Gracias sa." Tänk på hur en larv förvandlas till fjäril. "

För att bekräfta deras förmåga att kontrollera vilka hydrogelmål som aktiverades, teammedlemmar använde DNA-sekvensresponsiva blommformade hydrogeler. I varje "blomma, "två uppsättningar kronblad tillverkades, och varje uppsättning var utformad för att endast svara på en av två olika DNA -sekvenser. När de utsätts för båda sekvenserna, alla kronblad viks som svar. Men när de utsattes för bara en av sekvenserna, bara kronbladen matchade den sekvensen vikta.

Teamet tillverkade också hydrogelkrabba-formade enheter där antennerna, klor, och benen bockade var och en som svar på deras matchande DNA -sekvens. Krabbeanordningarna - en form som valdes till ära för den populära skaldjur som Maryland är känd för - förblev i sitt aktiverade tillstånd i minst 60 dagar.

"Vi har fascinerats av hur levande celler kan använda kemiska signaler för att bestämma hur de ska växa eller röra sig och använda kemisk energi för att driva sig själva, "sa Rebecca Schulman, studiens andra seniorförfattare och en biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik. "Vi ville bygga maskiner som kunde fungera på ett liknande sätt. Vår tillverkningsteknik gör det möjligt att designa mycket komplicerade enheter i olika storlekar."