應用于分析化學、醫學診斷和疾病治療等多個領域。由于體積小，DNA納米機器人特別適用于狹窄的人體循環系統的藥物靶向遞送。“讓DNA納米機器人靶向遞送藥物，到達指定地點，定向治療炎癥或清除腫瘤，同時減少在正常組織或細胞的分布，是醫學納米技術的終極目標之一。”李紹飛說。

　　補齊短板挖掘應用潛能

　　早在1959年，諾貝爾物理學獎得主理查德·費曼就提出了納米機器人的設想。20世紀90年代，納米技術的興起，不斷推動納米機器人的發展。2017年，美國科研人員在《科學》雜志上介紹了一款具有分揀功能的DNA納米機器人，它可以抓住某些分子，并將它們釋放到指定位置上。2018年，我國國家納米科學中心設計出一種DNA納米折紙機器人，可攜帶藥物準確尋找到癌細胞的藏身之處。

　　“無論是國內還是國外，對DNA納米機器人的研究仍處于初級階段，納米機器人在生物安全性、體內跟蹤導航、遞送效率、可持續地精確操控以及其他方面仍然存在諸多挑戰，距離臨床應用還有很長的路要走。”李紹飛認為。他們研究團隊成員分別將腫瘤細胞小分子和外泌體等作為靶標，成功對靶標實現了追蹤，初步驗證了智能DNA分子納米機器人模型的應用性能。

　　盡管目前已經創新了方法原理，并且建立了模型，但考慮到DNA分子運動的復雜性和表征手段的局限性，以及生物樣品的多樣性，對模型的應用性能探索空間還很大。下一步，團隊將重點優化智能DNA分子納米機器人模型云集組裝效率，并進一步整合優良的信號讀出技術，挖掘其在DNA納米技術、生化分析和生物醫學中的應用潛能。

　　“特別是針對當前流行傳染性疾病，團隊正著手探索利用智能DNA分子納米機器人模型進行超靈敏診斷的可行性。”李紹飛表示，隨著計算機科學、材料學、機器人學和醫學等學科的發展以及學科交叉的融合進步，智能DNA納米機器人在藥物靶向遞送中擁有廣闊的前景和發展空間。

　　精準送藥“圍攻”生物靶標

　　“DNA是由4種核苷酸為基本單位連接而成的生物分子序列，特定的核苷酸之間可以相互配對結合。”李紹飛介紹，核苷酸的自身作用力和序列的可編程性，以及快速發展的DNA合成和修飾技術，為DNA納米機器人行使藥物靶向遞送功能奠定了基礎。

　　“將識別和結合腫瘤細胞的分子，通過化學方法與DNA連接，就宛如為DNA納米機器人裝載了‘定向導航系統’，可發揮機器人的靶向功能。”李紹飛說，同樣，將抗腫瘤藥物，包括功能核酸、化療藥物、蛋白質、多肽和納米顆粒等與DNA結合，可發揮DNA納米機器人的藥物負載和遞送功能，“由于DNA序列具有良好的生物相容性、相對的化學穩定性，因此DNA納米機器人也具有這些特點，且具有藥物包裹和藥效保護、提高腫瘤細胞對藥物的攝取效率等多種獨特功能。”

　　“在試管液體環境下，智能DNA分子納米機器人會自動識別目標生物分子，然后迅速集結展開‘圍攻’，實現對目標生物分子的捕獲和信號放大，有助于研究人員對其快速追蹤。”李紹飛說，這就像一只蜜蜂“盯”上了目標物，然后召喚其他蜜蜂不斷圍攻，形成容易被發現的聚集群一樣。而在傳統的藥物遞送系統里，藥物經血液循環，被動到達有效部位的效率非常低。大劑量的使用藥物，將在全身產生嚴重的毒副作用。而DNA納米機器人，通過與環境作用自我驅動，可將藥物有選擇地運送到靶向部位，提高靶向部位的藥物濃度。

　　智能DNA分子納米機器人模型以短的單鏈DNA為骨架，長度通常為100個左右的核苷酸，通過自身折疊形成納米尺度的結構，其形狀類似于一個發夾，由多功能機械臂和備選附件（藥物、信號標簽、靶標鉗夾等）、靶標驗證器、智能云集路徑控制器和自組裝馬達等部件組成。每個部件都有各自的“使命”。例如，多功能機械臂可以從混合物中抓取目標分子，然后由靶標驗證器檢驗抓取目標的正確性。在抓取和識別到正確的目標分子后，機器人開始在路徑控制器的引導下，按照非線性的路徑方式云集，并依賴自組裝馬達驅動機器人完成云集組裝，最終形成大的組裝體。當這些部件完成各自“使命”時，目標分子充分“暴露”，只能乖乖“束手就擒”。