Molekulinė robotika: šie mikroskopiniai robotai gali padaryti beveik bet ką

• Autorius:
• autoriaus vardas

  Quantumrun Foresight
• Lapkritis 30, 2023

Įžvalgos santrauka

Molekulinė robotika, tarpdisciplininė robotikos, molekulinės biologijos ir nanotechnologijų sąsaja, kuriai vadovauja Harvardo Wyss institutas, skatina DNR grandinių programavimą į robotus, galinčius atlikti sudėtingas užduotis molekuliniu lygmeniu. Naudodami CRISPR genų redagavimą, šie robotai gali pakeisti vaistų kūrimą ir diagnostiką, o tokie subjektai kaip Ultivue ir NuProbe pirmauja komerciniuose žygiuose. Kol mokslininkai tiria daugybę DNR robotų, skirtų sudėtingoms užduotims, panašioms į vabzdžių kolonijas, realaus pasaulio taikymas vis dar yra horizonte, žadantis neprilygstamą vaistų pristatymo tikslumą, palaiminimą nanotechnologijų tyrimams ir potencialą kurti molekulines medžiagas įvairiose pramonės šakose. .

Molekulinės robotikos kontekstas

Harvardo universiteto Wyss biologiškai įkvėptos inžinerijos instituto mokslininkai susidomėjo kitais galimais DNR panaudojimo atvejais, kurie gali susikaupti į skirtingas formas, dydžius ir funkcijas. Jie išbandė robotiką. Šis atradimas tapo įmanomas, nes DNR ir robotai turi vieną dalyką – gebėjimą būti užprogramuoti konkrečiam tikslui. Robotų atveju jais galima manipuliuoti dvejetainiu kompiuterio kodu, o DNR atveju – nukleotidų sekomis. 2016 metais institutas sukūrė Molecular Robotics Initiative, kuri subūrė robotikos, molekulinės biologijos ir nanotechnologijų ekspertus. Mokslininkus sužavėjo santykinė molekulių nepriklausomybė ir lankstumas, kurios gali savarankiškai rinkti ir realiu laiku reaguoti į aplinką. Ši funkcija reiškia, kad šios programuojamos molekulės gali būti naudojamos kuriant nanoskalės įrenginius, kurie gali būti naudojami įvairiose pramonės šakose.

Molekulinę robotiką įgalina naujausi genetinių tyrimų laimėjimai, ypač genų redagavimo įrankis CRISPR (sistemingai sugrupuoti trumpi palindrominiai pasikartojimai). Šis įrankis gali skaityti, redaguoti ir iškirpti DNR grandines, jei reikia. Naudojant šią technologiją, DNR molekulės gali būti manipuliuojamos dar tikslesnėmis formomis ir charakteristikomis, įskaitant biologines grandines, kurios gali aptikti bet kokią galimą ligą ląstelėje ir automatiškai ją nužudyti arba užkirsti kelią vėžiui. Ši galimybė reiškia, kad molekuliniai robotai gali pakeisti vaistų kūrimą, diagnozę ir gydymą. „Wyss Institute“ daro neįtikėtiną pažangą įgyvendindamas šį projektą, jau įsteigdamas dvi komercines įmones: „Ultivue“, skirtą didelio tikslumo audinių vaizdavimui, ir „NuProbe“ nukleorūgščių diagnostikai.

Trikdantis poveikis

Vienas iš pagrindinių molekulinės robotikos pranašumų yra tai, kad šie maži prietaisai gali sąveikauti vienas su kitu, kad būtų pasiekti sudėtingesni tikslai. Remdamiesi vabzdžių, pavyzdžiui, skruzdėlių ir bičių, kolonijomis, mokslininkai kuria robotų spiečius, kurie gali suformuoti sudėtingas formas ir atlikti užduotis, bendraudami vieni su kitais per infraraudonąją šviesą. Šio tipo nanotechnologijų hibridas, kuriame DNR ribas galima padidinti naudojant robotų skaičiavimo galią, gali turėti keletą pritaikymų, įskaitant efektyvesnį duomenų saugojimą, dėl kurio gali išmesti mažiau anglies dvideginio.

2022 m. liepos mėn. Gruzijoje įsikūrusio Emory universiteto studentai sukūrė molekulinius robotus su DNR varikliais, kurie gali sąmoningai judėti tam tikra kryptimi. Varikliai galėjo pajusti cheminius aplinkos pokyčius ir žinoti, kada nustoti judėti arba iš naujo kalibruoti kryptį. Tyrėjai teigė, kad šis atradimas yra didelis žingsnis link medicininių tyrimų ir diagnostikos, nes spiečius molekuliniai robotai dabar gali palaikyti ryšį tarp variklio ir variklio. Šis vystymasis taip pat reiškia, kad šie spiečiai gali padėti kontroliuoti lėtines ligas, tokias kaip diabetas ar hipertenzija. Tačiau, nors šios srities tyrimai davė tam tikros pažangos, dauguma mokslininkų sutinka, kad didelio masto, realaus šių mažyčių robotų pritaikymo galimybės dar liko metų.

Molekulinės robotikos pasekmės

Platesnės molekulinės robotikos pasekmės gali apimti: 

• Tikslesni žmogaus ląstelių tyrimai, įskaitant galimybę pristatyti vaistus į konkrečias ląsteles.
• Didesnės investicijos į nanotechnologijų tyrimus, ypač sveikatos priežiūros paslaugų teikėjų ir didelių farmacijos įmonių.
• Pramonės sektorius gali sukurti sudėtingas mašinų dalis ir reikmenis, naudodamas molekulinių robotų būrį.
• Didesnis atradimas molekulinių medžiagų, kurias galima pritaikyti bet kam, nuo drabužių iki statybinių dalių.
• Nanorobotai, kuriuos galima užprogramuoti keisti savo komponentus ir rūgštingumą, priklausomai nuo to, ar jiems reikės dirbti organizmuose, ar lauke, todėl jie yra labai ekonomiški ir lankstūs darbuotojai.

Klausimai komentuoti

• Kokie dar galimi molekulinių robotų pranašumai pramonėje?
• Kokie dar galimi molekulinių robotų privalumai biologijoje ir sveikatos priežiūros srityje?