科學快報 體內巡航！DNA智能花朵如何精準殺死癌細胞？【科學快報】第242期

未來對抗癌症可能不再需要痛苦的全身化療了 因爲科學家們正在研製一種納米級的智能花朵 它能在你的血管裏精準導航 發現癌細胞之後瞬間釋放藥物 這些小花朵是利用DNA鏈和無機材料結合形成的一種特殊晶體結構 它小到了納米級別 肉眼根本看不見 它最神奇的地方在於 它擁有了類似生物的動態能力 可以感知周圍環境並改變自己的形狀 它能在幾秒鐘內快速的摺疊和展開 而且整個過程是可逆的 這種快速的動態變化讓它成爲在微觀尺度上最靈活的材料之一 相關研究已於10月20號發表在了自然納米技術上 這樣技術有望徹底改變癌症治療 我們知道傳統的化療是地毯式轟炸 藥物會擴散到全身殺地1000自損800 而有了這些DNA花朵 我們就能實現精確指導 因爲在人體內 癌細胞生長的腫瘤區域通常會比周圍的健康組織更酸 所以這些DNA納米花朵被注射之後 能像智能膠囊一樣自動識別並追蹤到這個酸性信號 一旦到達腫瘤部位 酸性環境就會觸發化毒關閉 釋放出內部包裹的抗癌藥物 這樣就能確保藥物只在病竈處生效 這極大的提高了療效 同時大幅減少對身體其他部位的毒副作用 不僅如此啊 研究人還設想 它能用於採集活體組織樣本進行活檢 或者清除血管內的血栓 一旦任務完成 這些花朵可以重新打開 四極耳朵 另外 它在數據存儲領域也有一定的潛在應用 因爲DNA具有極高的信息存儲密度 理論上一顆DNA就能存儲超過200萬G的數據 存儲密度是目前已知存儲介質的數千倍 其實 DNA納米技術和DNA機器人都不是新概念了 82年代初 DNA納米技術就誕生了 2006年科學家發明了DNA摺紙術 2009年 DNA機器人就具備了初步的運動能力 2012年 首個邏輯門控納米機器人誕生 實現了真正的智能靶向 自此 DNA機器人進入了實用化探索階段 之後研究趨勢迅速轉向DNA結構 與無機材料 磁性粒子等結合 製造出具有柔性 形狀可變或外部驅動能力的生物混合軟體機器人 以適應複雜的人體環境 過去的科幻正在一步步的變爲現實 利用DNA構建的微型機器人已經能夠計算感知和移動 關鍵在於能源 因爲大多數的設計只能運行一次 燃料耗盡之後就會停止工作 現在科學家開發出了一種利用熱量爲DNA電路共同的方法 創造了一個可重複使用的系統 且幾乎不會產生額外的廢物 這樣一個論文已於10月1號發表在了自然雜誌上 這種熱充電方法基於一種動力學陷阱的現象 簡單講就像彈簧一樣 壓縮彈簧可以儲存能量 當彈簧彈開時能量被釋放 重要的是 其動力來源並不侷限於熱量 任何能源 光 鹽分或者像細胞兩側存在的酸梯度 只要能夠打破分子間的弱件 使它們自然回落到陷阱狀態 就可以起到與熱量相同的作用 可以想象下 你購買一副隱形眼鏡 它可以自我補水 並且還能調整度數以適應你的視力變化 甚至可能製造出一種一輩子只需吃一次的智能藥物 不斷的學習以抵禦新的疾病 現在這些想象都有了理論基礎 納米機器人已經能夠在1 1的尺度上運行 在回顧下之前講過的 9月19號發表在自然通訊上的這篇論文 北京團隊創建了世界首個可以活細胞直接通信的人工神經元 也就是說以後人造的這些納米級的設備可以直接和人體的活細胞對話了 有沒有很科幻的感覺 DNA納米機器人的行動問題解決了 和活體細胞的溝通問題解決了 功能問題也解決了 如果其他人能在前人的技術上繼續努力個幾十年 那麼我想這些高科技的產物都有可能成爲現實 摩爾定律是一個老生常談的話題了 芯片製造的確已經逼近極限 保守派的選擇可以是分離構建單原子級的晶體管 跟摩爾定律死磕到底 而降臨派的選擇通常是直接擁抱量子計算 而現在一款破紀錄的芯片巧妙的避開了這個問題 一個研究人員發現 解決這一難題的方法或許不是讓芯片變得更小 而是向上堆疊 相關研究已於10月17號發表在了自然電子學上 研究人設計了首個六堆站混合CMOS 它由兩種半導體組成 有41個垂直層 中間用絕緣體材料隔開 和以往製造的晶體管相比 堆疊高度提高了10倍 製造這些堆疊層所需的能耗比傳統芯片低的多 全流程都不超過150攝氏度 這種新的芯片不一定會帶來新的超級計算機 但非常適合智能家電和可穿戴健康設備 而且每增加一次都能提供更多功能 這種芯片能長多高沒有上限 但散熱是一個大問題 你想想看 穿幾十件衣服還要保持涼爽 有一定的難度 芯片溫度上限要從現有的50攝氏度 再提高30攝氏度甚至更多 纔有可能在實驗室外使用 總的來看 芯片想在短時間內取得大的進步 向上生長也不適合一種選擇 剛形成的地球上全是岩漿 形成之後還不到一億年 又來了一個火星大小的天體 二者就這麼攪合在一起 你中有我 我中有你 所以原來那個地球啊 已經沒有任何蹤跡了 但在10月14號發表在自然地球科學上的一項研究中 研究團隊在一些古老的岩石中發現了一種 與現如今地球上的物質截然不同的化學信號 一種極其微弱的 但可以辨識的甲同位素的不平衡 研究人員採集了來自格林蘭和加拿大的岩石樣本 那裏的岩石是最古老的 還有夏威夷火山噴發的熔岩沉積物 這些從地面深處帶出來的沉積物是地球上最早最深的物質 結果顯示模擬產生的甲40含量與格林蘭加拿大和夏威夷的樣品相比要略高一些 但與現代地球上大多數的物質組成是相符的 所以說那次撞擊有可能並沒有完全混合 而這些缺甲40的樣本中很可能保留着原始地球的成分 地球上的冰與火之地冰島是全球唯一一個沒有蚊子的國家 但現在這種情況已發生了改變 近期被昆蟲愛好者在冰島野外發現了三隻蚊子 這是首次發現蚊子在冰島定居 那裏的沼澤和池塘可能會很受蚊子歡迎 目前全球變暖已經在方方面面改變了地球的生態 尤其是在北極地區 2022年發表在《自然》雜誌上的一項研究報告稱 1979年至2021年間北極地區的升溫速度幾乎是地球其他地區的四倍 9月29號發表在美國國家科學院院刊上的一項研究說 地球正在變得越來越暗 這種變化可能會加速全球變暖 隨着北半球反射的太陽光逐漸減少 預計它會吸收更多的熱量 科學家認爲這可能會進一步降低其反照率 前些天機構發出警示 地球已經越過了第一個危險的臨界點 環境惡化幾乎不可逆