由DNA组成的纳米机器人手抓住病毒进行诊断，并阻止细胞进入

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员报告说，用一段DNA折叠起来的一个小小的四指“手”可以捡起导致COVID-19的病毒，进行高度敏感的快速检测，甚至可以阻止病毒颗粒进入细胞感染它们。这只被称为NanoGripper的纳米机器人手还可以通过编程与其他病毒相互作用，或者识别细胞表面标记物，以进行靶向药物输送，比如用于癌症治疗。

　　

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员报告说，从单个DNA片段折叠起来的一个微小的四指“手”可以捡起导致COVID-19的病毒，进行高度敏感的快速检测，甚至可以阻止病毒颗粒进入细胞感染它们。这只被称为NanoGripper的纳米机器人手还可以通过编程与其他病毒相互作用，或者识别细胞表面标记物，以进行靶向药物输送，比如用于癌症治疗。

在伊利诺伊大学生物工程和化学教授Xing Wang,的带领下，研究人员在《科学机器人》杂志上描述了他们的进展。

受人手和鸟爪抓握力的启发，研究人员设计了这种纳米钳子，它有四个可弯曲的手指和一个手掌，所有这些都是由一段DNA折叠成的纳米结构。每个手指都有三个关节，就像人类的手指一样，弯曲的角度和程度是由DNA支架的设计决定的。

Xing Wang,说：“我们想制造一种柔软的材料，纳米级机器人，具有以前从未见过的抓取功能，可以与细胞、病毒和其他生物医学应用分子相互作用。”“我们正在利用DNA的结构特性。它坚固、灵活、可编程。然而，即使在DNA折纸领域，就设计原则而言，这也是新颖的。我们将一长链DNA来回折叠，一步就能制造出所有的元素，包括静态和移动的部分。”

这些手指包含一种叫做DNA适体的区域，这种区域经过特殊编程，可以与分子靶标结合，即第一次应用时导致COVID-19的病毒的刺突蛋白，并触发手指弯曲缠绕靶标。在另一边，也就是手腕所在的地方，NanoGripper可以附着在表面或其他更大的生物医学应用综合体上，比如传感或药物输送。

为了制造一种检测COVID-19病毒的传感器，Xing Wang,团队与伊利诺伊州电气和计算机工程教授Brian Cunningham领导的一个小组合作，后者专门研究生物传感。他们将NanoGripper与光子晶体传感器平台相结合，创建了一种快速的30分钟COVID-19测试，与医院使用的金标准qPCR分子测试的灵敏度相匹配，后者比家庭测试更准确，但耗时更长。

“我们的测试非常快速和简单，因为我们直接检测到完整的病毒，当病毒被拿在NanoGripper手中时，在LED或激光照射下，一个荧光分子被触发释放光。当大量荧光分子集中在单一病毒上时，它在我们的检测系统中变得足够明亮，可以单独计数每种病毒。”

Wang说，除了诊断之外，NanoGripper还可以通过阻止病毒进入和感染细胞来应用于预防医学。研究人员发现，当将纳米钳子添加到细胞培养物中，然后暴露于COVID-19时，多个钳子会缠绕在病毒的外部。这阻止了病毒刺突蛋白与细胞表面的受体相互作用，从而防止了感染。

“在一个人被感染后使用它是非常困难的，但我们有一种方法可以将它用作预防性治疗，”王说。“我们可以制造一种抗病毒的鼻腔喷雾化合物。鼻子是呼吸道病毒（如COVID或流感）的热点。带有NanoGripper的鼻喷雾剂可以防止吸入的病毒与鼻子中的细胞相互作用。”

Wang说，NanoGripper可以很容易地被设计成针对其他病毒，如流感病毒、艾滋病病毒或乙型肝炎病毒。此外，Wang设想使用NaoGripper进行靶向药物递送。例如，手指可以被编程来识别特定的癌症标志物，而夹具可以将抗癌治疗直接带到目标细胞。

“这种方法比我们在这项工作中展示的几个例子有更大的潜力，我们必须对3D结构、稳定性和靶向适体或纳米体进行一些调整，但我们已经在实验室开发了几种技术来实现这一目标。当然，这需要大量的测试，但在癌症治疗方面的潜在应用以及在诊断应用方面取得的灵敏度显示了软纳米机器人的力量。”

美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会支持这项工作。Wang和Cunningham隶属于加州大学的Carl R. Woese基因组生物学研究所和Holonyak微型和纳米技术实验室。