Moleculaire robotica: deze microscopische robots kunnen vrijwel alles

• Auteur:
• auteursnaam

  Quantumrun-prognose
• 30 november 2023

Samenvatting inzicht

Moleculaire robotica, een interdisciplinaire onderneming op het snijvlak van robotica, moleculaire biologie en nanotechnologie, onder leiding van het Wyss Institute van Harvard, stimuleert de programmering van DNA-strengen tot robots die ingewikkelde taken op moleculair niveau kunnen uitvoeren. Door gebruik te maken van CRISPR-genbewerking kunnen deze robots een revolutie teweegbrengen in de ontwikkeling en diagnostiek van geneesmiddelen, waarbij entiteiten als Ultivue en NuProbe de commerciële uitstapjes leiden. Terwijl onderzoekers zwermen DNA-robots onderzoeken voor complexe taken, vergelijkbaar met insectenkolonies, liggen toepassingen in de echte wereld nog steeds in het verschiet, wat ongeëvenaarde precisie bij de toediening van medicijnen belooft, een zegen voor onderzoek naar nanotechnologie en het potentieel voor het construeren van moleculaire materialen in verschillende industrieën. .

Moleculaire robotica-context

Onderzoekers van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van de Harvard Universiteit waren geïntrigeerd door de andere mogelijke toepassingen van DNA, dat in verschillende vormen, maten en functies kan worden samengevoegd. Ze probeerden robotica. Deze ontdekking werd mogelijk gemaakt omdat DNA en robots één ding gemeen hebben: het vermogen om voor een specifiek doel te worden geprogrammeerd. In het geval van de robots kunnen ze worden gemanipuleerd via binaire computercode, en in het geval van DNA met nucleotidesequenties. In 2016 richtte het Instituut het Molecular Robotics Initiative op, waarin experts op het gebied van robotica, moleculaire biologie en nanotechnologie samenkwamen. Wetenschappers waren enthousiast over de relatieve onafhankelijkheid en flexibiliteit van moleculen, die zichzelf kunnen assembleren en in realtime op de omgeving kunnen reageren. Deze functie betekent dat deze programmeerbare moleculen kunnen worden gebruikt om apparaten op nanoschaal te creëren die in verschillende industrieën kunnen worden gebruikt.

Moleculaire robotica wordt mogelijk gemaakt door de nieuwste doorbraken in genetisch onderzoek, met name het hulpmiddel voor het bewerken van genen CRISPR (geclusterde, regelmatig op afstand gelegen korte palindromische herhalingen). Deze tool kan DNA-strengen lezen, bewerken en knippen als dat nodig is. Met deze technologie kunnen DNA-moleculen worden gemanipuleerd in nog preciezere vormen en kenmerken, inclusief biologische circuits die elke mogelijke ziekte in een cel kunnen detecteren en deze automatisch kunnen doden of voorkomen dat deze kankerverwekkend wordt. Deze mogelijkheid betekent dat moleculaire robots een revolutie teweeg kunnen brengen in de ontwikkeling van geneesmiddelen, diagnoses en therapieën. Het Wyss Institute boekt ongelooflijke vooruitgang met dit project en heeft al twee commerciële bedrijven opgericht: Ultivue voor uiterst nauwkeurige weefselbeeldvorming en NuProbe voor nucleïnezuurdiagnostiek.

Disruptieve impact

Een van de belangrijkste voordelen van moleculaire robotica is dat deze kleine apparaten met elkaar kunnen communiceren om complexere doelen te bereiken. Op basis van signalen van kolonies insecten zoals mieren en bijen werken onderzoekers aan de ontwikkeling van zwermen robots die complexe vormen kunnen vormen en taken kunnen voltooien door met elkaar te communiceren via infrarood licht. Dit type hybride nanotechnologie, waarbij de grenzen van DNA kunnen worden vergroot met de rekenkracht van robots, zou verschillende toepassingen kunnen hebben, waaronder efficiëntere gegevensopslag die kan resulteren in een lagere COXNUMX-uitstoot.

In juli 2022 creëerden studenten van de in Georgië gevestigde Emory University moleculaire robots met op DNA gebaseerde motoren die opzettelijk in een specifieke richting kunnen bewegen. De motoren konden chemische veranderingen in hun omgeving waarnemen en wisten wanneer ze moesten stoppen met bewegen of de richting opnieuw moesten kalibreren. De onderzoekers zeiden dat deze ontdekking een grote stap is in de richting van medische tests en diagnostiek, omdat moleculaire zwermrobots nu motor-tot-motor kunnen communiceren. Deze ontwikkeling betekent ook dat deze zwermen kunnen helpen chronische ziekten zoals diabetes of hoge bloeddruk onder controle te houden. Hoewel onderzoek op dit gebied enige vooruitgang heeft opgeleverd, zijn de meeste wetenschappers het erover eens dat grootschalige, reële toepassingen van deze kleine robots nog jaren op zich laten wachten.

Implicaties van moleculaire robotica

Bredere implicaties van moleculaire robotica kunnen zijn: 

• Nauwkeuriger onderzoek naar menselijke cellen, inclusief het kunnen afleveren van medicijnen aan specifieke cellen.
• Verhoogde investeringen in onderzoek naar nanotechnologie, vooral door zorgverleners en grote farmaceutische bedrijven.
• De industriële sector kan complexe machineonderdelen en benodigdheden bouwen met behulp van een zwerm moleculaire robots.
• Toenemende ontdekking van materialen op moleculaire basis die op alles kunnen worden toegepast, van kleding tot constructieonderdelen.
• Nanorobots die kunnen worden geprogrammeerd om hun componenten en zuurgraad te veranderen, afhankelijk van of ze in organismen of daarbuiten moeten werken, waardoor ze zeer kosteneffectieve en flexibele werkers zijn.

Vragen om op te reageren

• Wat zijn andere potentiële voordelen van moleculaire robots in de industrie?
• Wat zijn andere potentiële voordelen van moleculaire robots in de biologie en de gezondheidszorg?