Programming gel automata shapes using DNA instructions

计算机科学 DNA 自动机 细胞自动机 程序设计语言 计算生物学 理论计算机科学 生物 遗传学 算法
作者
Ruohong Shi,Kuan-Lin Chen,Joshua Fern,Siming Deng,Yixin Liu,Dominic Scalise,Qi Huang,Noah J. Cowan,David H. Gracias,Rebecca Schulman
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-51198-9
摘要

The ability to transform matter between numerous physical states or shapes without wires or external devices is a major challenge for robotics and materials design. Organisms can transform their shapes using biomolecules carrying specific information and localize at sites where transitions occur. Here, we introduce gel automata, which likewise can transform between a large number of prescribed shapes in response to a combinatorial library of biomolecular instructions. Gel automata are centimeter-scale materials consisting of multiple micro-segments. A library of DNA activator sequences can each reversibly grow or shrink different micro-segments by polymerizing or depolymerizing within them. We develop DNA activator designs that maximize the extent of growth and shrinking, and a photolithography process for precisely fabricating gel automata with elaborate segmentation patterns. Guided by simulations of shape change and neural networks that evaluate gel automata designs, we create gel automata that reversibly transform between multiple, wholly distinct shapes: four different letters and every even or every odd numeral. The sequential and repeated metamorphosis of gel automata demonstrates how soft materials and robots can be digitally programmed and reprogrammed with information-bearing chemical signals.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
2秒前
2秒前
英勇夏旋发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
林灌霖发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
6秒前
6秒前
常风发布了新的文献求助200
6秒前
6秒前
Jasper应助gesus采纳,获得10
6秒前
皮汶灵发布了新的文献求助10
7秒前
小树发布了新的文献求助10
7秒前
咖啡完成签到,获得积分10
8秒前
清爽夏槐发布了新的文献求助30
9秒前
9秒前
无极道人发布了新的文献求助10
9秒前
11秒前
duduying发布了新的文献求助10
12秒前
wuda应助momo采纳,获得10
12秒前
12秒前
cunzhang发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
ding应助英勇夏旋采纳,获得10
13秒前
迷人的大地完成签到,获得积分10
15秒前
testz发布了新的文献求助10
16秒前
17秒前
华仔应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
18秒前
pluto应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
领导范儿应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
怕黑水蓝应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
cunzhang完成签到,获得积分10
18秒前
pluto应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
整齐笑旋发布了新的文献求助10
18秒前
共享精神应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
无花果应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
w_w应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
打打应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
PowerCascade: A Synthetic Dataset for Cascading Failure Analysis in Power Systems 2000
Various Faces of Animal Metaphor in English and Polish 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Adverse weather effects on bus ridership 500
Photodetectors: From Ultraviolet to Infrared 500
On the Dragon Seas, a sailor's adventures in the far east 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6350010
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8164851
关于积分的说明 17180435
捐赠科研通 5406324
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2862517
邀请新用户注册赠送积分活动 1840077
关于科研通互助平台的介绍 1689330