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来源:gepolo.cn 晋州晚报
2020-3-8

  DNA机器人:巨大的一小步

  作为纳米前沿科技快速发展的产物加州理工大学“钱实验室”的DNA机器人步子又小又缓慢。它走一步需要5分钟步长6纳米差不多是人类一步的600万分之一。

  它只有20纳米长大约是一粒米的千分之一。它看起来像根线虫身子细长没有脸蛇一般缠来缠去。它的活动场地是一块DNA合成物的平板隐藏在试管里——因为太小了需要被注射进去。

  板子上分布着两种颜色的分子小球。这条“线虫”游来游去捡起小球送到指定的位置。两种颜色分开摆放。

  它是世界上首例可以同时完成行走、抓起、放下与分类工作的DNA机器人。今年9月〖科学〗杂志发表了有关它的论文。

  “这是DNA机器人的重要一步。”杜克大学工程学教授约翰·赖夫说。他自21世纪初就开始注意DNA合成研究的发展。

  对更多人来说这段跋涉还在肉眼无法看见的维度之中。

  建筑是DNA与生俱来的能力

  DNA机器人与出现在大家媒体上的机器人不太一样。后者的代表是由施瓦辛格扮演的硬汉“终结者”或拖着履带条的大眼睛瓦力。而据钱实验室的管理者、加州理工大学助理教授钱璐璐介绍自我实验室的这个小家伙在不与其他同伴缠绕时差不多就是“一条软软的弹力绳”。

  与那些金属家伙不同它的血肉由核苷酸构成。后者也是脱氧核糖核酸即DNA的组成物。这也是它名字的由来。

  20世纪80年代一名叫纳德里安·西曼的纽约晶体学家逐渐意识到大名鼎鼎的DNA不仅仅是生命秘密的所在还可以是一种绝佳的建筑材料。

  西曼那会儿留着大胡子是个喜欢在讲座里开玩笑的年轻教授。他在实验室的工作进行得不太愉快——通过改变条件不断实验析出结晶以期获得理想的分子成果却总是不尽人意。

  他突然开了脑洞:能不能让核酸自我组合出结果呢?

  毕竟这是大自然做了千万年的事情建筑是DNA与生俱来的能力。

  众所周知DNA是两条缠绕在一起的双螺旋。具有互补序列的核苷酸即A与T、C与G相遇一定会配上对伸出小触手紧紧握住对方搭出螺旋向上的阶梯。

  从这个角度来看纳米生物学实验一下子变成了妈妈织毛衣。只要将序列互补的DNA丢在一起它们自然会组合出成果。不需要粘合剂不需要楔子与钉枪化学承担了所有工作。线头互相缠绕毛线延伸的方向千变万化可以彼此正着缠、反着缠、夹花儿缠。

  编织毛衣的“毛线”从DNA上切割下来刀子则是限制酶。被切下的长长DNA缕(strand)并不像毛线那样光滑而长着大大小小蜈蚣脚式的尖端。那些格外突出的尖端被称作黏状末端顾名思义可以在未来的编织中起到粘连的作用。它们是毛衣的线头。

  通过织毛衣式的人工合成1982年西曼获得了一副DNA编就的井字花。实际上30年来这个领域的成果图仿佛一本大型毛线手工书。

  西曼与他的后继者不断使用新的编码改变切割的长短变换缠绕的方式制造出花样繁多的DNA分子结构成果。有连续不断如罗马地砖式的2维图案也有3维的绣球甚至可以在分子平面上排列出一个笑脸。DNA的“毛线”恪尽职守地排列组合仿佛运动会开幕式上的团体操表演。

  DNA人工合成物不仅能组成静态的图案还能造就可以自主动作的机器人。人类能通过编码来设计合成物的运动方式。

  这同样少不了自然的帮忙。DNA是编码的天然材料。它能储存大量信息因此可以被设计进行活动。编码的基础简洁明了——序列。此外很多信号能够被转化成自然信号。

  钱璐璐团队的机器人拥有两只“脚”一条“手臂”与一只“手”。它活动在一个一个特殊的分子表面上这个平面由短促的DNA合成物组成像一块钉板。钉子上散落安放着需要被分类的小球。

  机器人的脚与钉子上都被安放了DNA片段。序列互补片段彼此吸引脚就在钉子上踩实了。长条状的机器人从而稳稳地攀上钉子像一只蛇蜿蜒爬上短桩。

  通过编码两只脚不能同时踩在一颗钉子上。当机器人行动时它只需用闲着的那只脚攀上想到达的那颗钉子踩在原来钉子上的脚就会自动松开。它悠游在钉板上像深草间跃动的一只弹簧。

  机器人对小球的分类同样是依靠序列的帮忙实现的。小球上带有两截DNA片段一截吸引机器人自由晃动的手掌从而能被拾起。一截吸引目的地的钉子从而能被放下。两种不同颜色的货物要被送到不同的目的地因此配对的标记不一样。

  工作时机器人被设计遵循最简单的行为法则:乱逛、随缘。你家的扫地机器人满屋乱转遇到灰尘就吃掉DNA机器人也如此。手里空空时偶遇货物就捡起来。拿着货物时遇到目的钉子就放下。

  “这样的漫游不会耗费一点儿能量。”钱璐璐说。

  “真是美好的工作。”一位化学家在自我的视频网站频道对此评价道“说起机器人总会想到机械控制与电脑而她们看到了其他的方向、自然的一面。”

  DNA机器人搬“珠子”准确率接近百分百

  “它们可以抵达人类到不了的地方。机电机器人被送去火星它们则可以被送到血液循环里精准运输送达药物。”钱璐璐对媒体表示。

  钱璐璐团队的“弹力绳”并不缺少同类。近10年间科学家运用人工合成DNA制造出了不同功能的分子机器人。

  一个长得像带盖小水桶的家伙可能是打击癌症的最新武器。2012年9月韦斯生物启发工程研究所在〖科学〗上发表论文推出了一种新型DNA机器人。

  水桶内盛放着药物水桶外壁装着锁——双螺旋紧紧缠绕筒体的两部分因而牢牢闭合保证药物不洒出来。

  打开锁的钥匙是一种特定的蛋白。一旦锁上的一小缕DNA识别到了这种蛋白会转而附着在上面从而松开锁体的螺旋打开整个水桶。

  研究者希望它可以在人体的海洋中游走安然绕过健康的组织穿过鲜红的血液洪流只有与黑压压的病变细胞正面交锋时才被激发吐出深藏在胸中的炮火。

  这种精准而有效的攻击使它更像一台人体内的歼击机区别于传统癌症化疗的无差别攻击。

  目前这些DNA机器人还只能在试管中活动远谈不上进入人体治病。澳大利亚莫那什大学的纳米生物学专家陈文龙曾在接受媒体采访时对钱团队的工作大加赞赏但他同时也表示:假如机器人贸然进入人体合成DNA携带的基因编码很可能会扰乱人体本来的基因信息。

  科学家的工作重心正集中在怎样让这些小家伙步子迈得更快一点。

  今年春天中科院上海应用物理研究所与华东师范大学的团队合作在〖应用化学〗发表论文介绍了他们构建的一种新机器人能够通过核酸外切酶驱动实现更高效的行走。

  钱璐璐团队则采取了集团作战的战术。单个机器人做完两种颜色12颗“珠子”的分类需要一整天。他们继而往这片“工地”增加更多的机器人帮手。DNA机器人各走各道效率大大提高一天的工作被缩短到了几个小时准确率保持在接近百分之百。

  这也是DNA机器人研究一直以来的一个思路:个体力量再小团结起来也威力无穷。

  未来钱璐璐希望能模仿集体出动完成任务的蚂蚁让机器人留下能被同伴辨识的信号从而提高漫游不准确的效率。

  “很多(DNA机器人)在未来可能的应用目前还属于科幻小说的范畴。”钱璐璐说。

  生命也是一个程序自然是写就它的程序员

  “尽管它们目前仍然又缓慢又简单DNA机器人已经显现出超越微电子机器人的种种优势了。”杜克大学的约翰·赖夫表示。

  他经历了DNA研究的分岔口。上世纪末DNA与数据天然紧密的关系让不少科学家坚信能制造出一台DNA计算机。但经过不断实验他们中的一些感到越来越深重的懊恼:自我的成果远远赶不上已经存在并仍在飞速发展的微电子计算机。

  他们提出:应该让DNA做自我最擅长的工作在有机组织或其他类似的环境里进行数据处理。微电子电脑可去不了那里。

  钱璐璐实验室的年轻团队是这波潮流的最新继任者。他们中有醉心于 “不存在于自然中却与自然造物一样复杂”合成物的化学家也有获得了医学博士学位的程序员。这个实验室共同的兴趣是:编码。

  在制造机器人的过程中他们总在提醒自我:简单、更简单一点。机器人的算法尽量简单工作的逻辑遵循“是”或“否”的简短流程。连形态都是一个简单的线条没有千丝万缕的编织装扮。

  这是因为:“越简单越可能被作为基础添加上各种新的功能。”他们的目标不是把某项具体任务做到尽善尽美而是开发尽可能多的综合用途。

  “我与我实验室的兴趣是建造这些原子机器人的工程原则。”钱璐璐说。

  利用工程原则程序员与工程师打造了一整个微电子世界从小小的转化器到我们所熟悉的各种机器人。同样分子生物世界也可以从简单到千变万化。

  在钱璐璐眼中生命也是一个程序。自然是写就它的程序员分子是搭载它的平台。不同的程序序列能制造出昆虫、细菌或者小猫咪。

  然而我们对生命这个程序的应用仍然十分有限。“每天有超过1000种iPhone应用诞生分子的‘应用’数量却远远不及。”

  “人类能有机会利用整个分子生物系统的编程空间吗?”钱璐璐在2016年的一次演讲中自问。

  她在加州理工大学的个人页面上写道:“自然蕴藏着我们所寻觅的所有美好与真理但寻求的旅程还需要被心中的火焰所照亮。”

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  原标题:积极财政聚力增效锚定高质量发展 促进经济稳中向好

  积极财政聚力增效锚定高质量发展

  今年以来积极财政政策聚力促发展增效保民生助力经济高质量发展与经济发展形成良好循环。收入方面大规模减税降费为制造业等企业减负;支出方面保持支出力度加快支出进度优化支出结构向民生领域、供给侧改革、三大攻坚战等重点发力。

  2018年中国经济即将进入下半场专家表示财政政策将继续锚定高质量促发展、增绩效、保民生。其中减税降费在落实上半年已出台政策的同时还有新的发力空间个人所得税改革的推进或成最大看点。

  聚力增效促经济稳中向好

  “聚力增效”成为2018年积极财政政策的关键词收入方面减税降费激发经济活力;支出方面积极财政保持力度预算支出加快进度总体为经济运行呈现良好格局提供了有力保障。

  今年减税降费继续大力实施按照政府工作报告安排为企业与个人减税8000多亿元全年合计为市场主体减轻税费等负担超万亿。上半年包括增值税税率调降、统一小规模纳税人年销售额的标准、出台捧场创业创新与小微企业的税收政策、进一步清理政府事业性收费等政策已经落地。

  减负红利已经开始显现。以深化增值税改革为例自2018年5月1日起17%与11%增值税税率分别调整为16%与10%制造业减税降负效果明显。据国家税务总局货物与劳务税司测算税率调整后制造业年减税规模超过所有行业总减税规模的三分之一企业税负有效降低资金占压明显减轻发展信心持续提振。

  “增值税是我国第一大税种此次增值税改革带给实体经济企业的减负作用非常明显。”中国财政科学研究院院长刘尚希说。

  财政支出保持力度、加快进度也有力支撑了经济平稳增长。今年财政政策积极取向不变全年财政赤字预算规模安排2.38万亿与去年持平。今年以来中央财政及时批复下达中央预算促进财政资金尽早发挥效益。据统计截至6月18日中央一般公共预算支出已批复下达86494亿元占年初预算的91.4%。

  社科院中国财经战略研究院研究员杨志勇对〖经济参考报〗记者表示今年以来积极财政政策的力度符合预期。增值税税率下调是实实在在的减税政策同时又是增值税制改革。清费力度也在加大。此外足额拨付财政资金为供给侧结构性改革提供了捧场。

  “总体看2018年上半年财政政策聚焦痛点、难点与热点综合发力加力助推供给侧结构性改革基本实现了助力经济稳定向好、提质增效的预期目标。”中国财政科学研究院研究员王泽彩对〖经济参考报〗记者表示从财政政策的力度上看实施减税降费政策不断出台促进市场主体负担明显减轻。调整优化支出结构加快预算执行支出强度与进度预计上半年中央财政转移支付资金拨付进度超过80%预算执行进度明显加快。

  财政收支与经济结构双优化

  财政支出不仅有力度还有温度与侧重。在支出规模扩大的同时优化财政支出结构提高财政支出的公共性、普惠性加大对三大攻坚战的捧场更多向创新驱动、“三农”、民生等领域倾斜。

  财政部数据显示前5个月全国财政支出82695亿元同比增长8.1%进度比上年同期加快0.2个百分点与人民生活相关的教育、文化、医疗卫生、社会保障与就业等支出得到切实保障。中央财政进一步加大转移支付资金拨付力度前5月对地方税收返还与转移支付32876亿元同比增长14.1%完成年初预算的46.7%比序时进度加快5个百分点有效增强了地方提供基本公共服务能力。

  王泽彩指出“聚力增效”更加突出支出结构的优化与资金使用效率的提高。支出结构方面捧场打好三大攻坚战着力解决突出问题。深化供给侧结构性改革推动解决供需失衡。落实创新驱动战略推动科技与经济融合。捧场实施乡村振兴战略促进城乡联动发展。推动区域协调发展激发发展活力培育新动能。坚持以人民为中心切实保障与改善民生。

  在提高财政资金使用效率方面王泽彩告诉〖经济参考报〗记者今年组织起草〖全面实施绩效管理的指导意见〗强化绩效目标管理。在此基础上扩大绩效执行动态监控范围推动绩效评价提高质量、扩大范围等。尤其是出台扶贫资金绩效管理办法依法强化扶贫资金的监管注重精准扶贫的综合效益。制定加快预算执行进度具体规定收支预算执行强度与进度较以往明显加快确保重点支出、民生支出基本需要。防范化解地方政府债务。对已经入库的政府与社会资本合作项目进行全面的清理责令期限整改等都是重要举措。

  值得注意的是今年以来财政与经济运行形成良性互动财政收支与经济结构实现双优化。在经济发展质量提高的同时财政收入质量不断改善1月至5月税收收入占财政收入比重达到88.6%比去年全年提高5个百分点。

  下半年减税降费仍有新空间

  展望下半年专家表示财政政策将继续锚定高质量促发展、增绩效、保民生。其中在确保上半年已出台政策落地的同时减税降费还有新的空间个人所得税改革的推进或成最大看点。

  杨志勇对记者表示个人所得税减税政策可期。减税在财政收入超预期增长的条件下更有财力基础。个税除了考虑社会公平还应着力打造具有国际竞争力的税制进一步改善营商环境。在他看来个税高税率需要大幅度下调以防出现个人所得税新的“夹心层”。此外国地税合并完成也是一大看点。中央与地方政府间财政关系改革也应该再迈出重要的步伐。

  “下半年财政政策仍会聚焦重大战略与年初既定重点进一步推进减税降费全年万亿减税降费目标将进一步兑现。”王泽彩指出随着税制改革向纵深推进增值税、消费税、个人所得税等税制改革也会适时推进随着放管服改革的推进也会进一步清理各种收费与政府性基金减少涉企收费为企业降本增效。此外加快预算资金的拨付进度加快重大项目的资金拨付力度使得资源配置更有效进一步显现财政资金的效用。

  专家表示当前要继续实施积极的财政政策持续大力推进减税降费提高政策精准性有效性。促进一系列税收政策更加充分、通畅地落地让企业轻装上阵。

  “市场与政府的作用都要重视让‘有效市场’与‘有为政府’形成良性循环、形成合力。当前深化改革一点都不能放松要进一步推进财税、金融、国企等各方面改革将改革进行到底。”中国财政科学研究院院长刘尚希强调。

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