分子ロボット工学: これらの微細なロボットはほぼ何でもできます

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  クォンタムラン・フォーサイト
• 2023 年 11 月 30 日

洞察の要約

ハーバード大学のウィス研究所が主導する、ロボット工学、分子生物学、ナノテクノロジーの融合における学際的ベンチャーである分子ロボット工学は、分子レベルで複雑なタスクを実行できるロボットへの DNA 鎖のプログラミングを推進しています。 CRISPR 遺伝子編集を活用するこれらのロボットは、Ultivue や NuProbe のような企業が商業進出を主導し、医薬品開発と診断に革命をもたらす可能性があります。 研究者たちは、昆虫のコロニーに似た複雑なタスクを実行するために DNA ロボットの群れを探索していますが、現実世界への応用はまだ目前にあり、比類のない正確な医薬品送達、ナノテクノロジー研究への恩恵、さまざまな業界にわたる分子材料の構築の可能性が約束されています。 。

分子ロボット工学の背景

ハーバード大学ウィス生物インスピレーション工学研究所の研究者らは、さまざまな形状、サイズ、機能に組み立てることができる DNA の他の潜在的な使用例に興味を持っていました。 彼らはロボット工学を試しました。 この発見は、DNA とロボットが、特定の目的のためにプログラムされる能力という 2016 つの点を共有しているために可能になりました。 ロボットの場合はバイナリ コンピュータ コードを通じて操作でき、DNA の場合はヌクレオチド シーケンスによって操作できます。 XNUMX 年、同研究所はロボット工学、分子生物学、ナノテクノロジーの専門家を結集させた分子ロボットイニシアチブを設立しました。 科学者たちは、自己集合して環境にリアルタイムで反応できる分子の相対的な独立性と柔軟性に興奮しました。 この機能は、これらのプログラム可能な分子を使用して、さまざまな業界で使用できるナノスケール デバイスを作成できることを意味します。

分子ロボット工学は、遺伝子研究、特に遺伝子編集ツール CRISPR (クラスター化された規則的に間隔をあけられた短い回文リピート) における最新の画期的な進歩によって可能になりました。 このツールは、必要に応じて DNA 鎖を読み取り、編集し、切断できます。 この技術を使用すると、細胞内のあらゆる潜在的な病気を検出し、自動的に細胞を死滅させたり、癌化を阻止したりできる生物学的回路を含む、DNA 分子をさらに正確な形状や特性に操作することができます。 この可能性は、分子ロボットが医薬品開発、診断、治療に革命をもたらす可能性があることを意味します。 Wyss Institute はこのプロジェクトで驚くべき進歩を遂げており、すでに高精度組織イメージングの Ultivue と核酸診断の NuProbe という XNUMX つの営利会社を設立しています。

破壊的な影響

分子ロボット工学の主な利点の XNUMX つは、これらの小さなデバイスが相互に作用して、より複雑な目標を達成できることです。 研究者らは、アリやミツバチなどの昆虫のコロニーからヒントを得て、複雑な形状を形成し、赤外線を介して相互に通信することでタスクを完了できるロボットの群れの開発に取り組んでいる。 DNA の限界をロボットの計算能力で拡張できるこのタイプのナノテクノロジー ハイブリッドは、二酸化炭素排出量の削減につながるより効率的なデータ ストレージなど、いくつかの用途に応用できる可能性があります。

2022年XNUMX月、ジョージア州に本拠を置くエモリー大学の学生たちは、特定の方向に意図的に移動できるDNAベースのモーターを備えた分子ロボットを作成した。 モーターは環境内の化学変化を感知し、いつ動作を停止するか方向を再調整するかを知ることができました。 研究者らは、群分子ロボットがモーター同士で通信できるようになったため、この発見は医療検査と診断に向けた大きな一歩となると述べた。 この開発は、これらの群れが糖尿病や高血圧などの慢性疾患の制御に役立つことも意味します。 ただし、この分野の研究ではある程度の進歩が見られますが、これらの小型ロボットの大規模な現実世界への応用はまだ何年も先のことであるとほとんどの科学者が同意しています。

分子ロボット工学の意味

分子ロボット工学のより広範な影響には次のものが含まれる可能性があります。 

• 特定の細胞に薬剤を送達できるなど、人間の細胞に関するより正確な研究が可能になります。
• 特に医療提供者や大手製薬会社によるナノテクノロジー研究への投資の増加。
• 産業部門は、分子ロボットの群れを使用して複雑な機械部品や消耗品を構築できるようになりました。
• 衣服から建築部品に至るまで、あらゆるものに適用できる分子ベースの材料の発見が増加しています。
• ナノロボットは、生物内で作業する必要があるか屋外で作業する必要があるかに応じて、その成分と酸性度を変更するようにプログラムでき、非常に費用対効果が高く、柔軟な作業者になります。

コメントする質問

• 産業における分子ロボットのその他の潜在的な利点は何ですか?
• 生物学やヘルスケアにおける分子ロボットのその他の潜在的な利点は何ですか?