Molekularna robotika: ti mikroskopski roboti zmorejo skoraj vse

• Avtor:
• ime avtorja

  Quantumrun Foresight
• November 30, 2023

Povzetek vpogleda

Molekularna robotika, interdisciplinarni podvig na povezavi robotike, molekularne biologije in nanotehnologije, ki ga vodi harvardski inštitut Wyss, poganja programiranje verig DNK v robote, ki so sposobni opravljati zapletene naloge na molekularni ravni. Z uporabo urejanja genov CRISPR bi lahko ti roboti spremenili razvoj zdravil in diagnostiko, pri čemer bi subjekti, kot sta Ultivue in NuProbe, vodili komercialne napade. Medtem ko raziskovalci raziskujejo roje robotov DNK za zapletene naloge, podobne kolonijam žuželk, so aplikacije v resničnem svetu še vedno na obzorju, ki obljubljajo neprimerljivo natančnost pri dostavi zdravil, ugodnost za nanotehnološke raziskave in potencial za konstruiranje molekularnih materialov v različnih industrijah .

Kontekst molekularne robotike

Raziskovalce na inštitutu Wyss za biološko navdihnjeno inženirstvo na univerzi Harvard so zanimali drugi možni primeri uporabe DNK, ki se lahko sestavi v različne oblike, velikosti in funkcije. Poskusili so z robotiko. To odkritje je bilo mogoče, ker si DNK in roboti delijo eno stvar – zmožnost programiranja za določen cilj. V primeru robotov je z njimi mogoče manipulirati prek binarne računalniške kode, v primeru DNK pa z nukleotidnimi zaporedji. Inštitut je leta 2016 ustanovil Iniciativo za molekularno robotiko, ki je povezala strokovnjake s področja robotike, molekularne biologije in nanotehnologije. Znanstveniki so bili navdušeni nad relativno neodvisnostjo in prožnostjo molekul, ki se lahko same sestavljajo in v realnem času reagirajo na okolje. Ta funkcija pomeni, da je mogoče te programabilne molekule uporabiti za ustvarjanje nanometrskih naprav, ki se lahko uporabljajo v različnih panogah.

Molekularno robotiko omogočajo najnovejši dosežki v genetskih raziskavah, zlasti orodje za urejanje genov CRISPR (združena redno med seboj razporejena kratka palindromska ponavljanja). To orodje lahko po potrebi bere, ureja in reže verige DNK. S to tehnologijo je mogoče molekule DNK spremeniti v še bolj natančne oblike in značilnosti, vključno z biološkimi vezji, ki lahko zaznajo morebitno bolezen v celici in jo samodejno ubijejo ali preprečijo, da bi postala rakava. Ta možnost pomeni, da lahko molekularni roboti revolucionirajo razvoj zdravil, diagnoze in terapevtiko. Inštitut Wyss s tem projektom neverjetno napreduje, saj je že ustanovil dve komercialni podjetji: Ultivue za visoko natančno slikanje tkiv in NuProbe za diagnostiko nukleinskih kislin.

Moteč vpliv

Ena glavnih prednosti molekularne robotike je, da lahko te drobne naprave medsebojno delujejo in tako dosegajo bolj zapletene cilje. Raziskovalci se zgledujejo po kolonijah žuželk, kot so mravlje in čebele, razvijajo roje robotov, ki lahko oblikujejo zapletene oblike in opravljajo naloge tako, da komunicirajo med seboj prek infrardeče svetlobe. Ta vrsta nanotehnološkega hibrida, kjer je mogoče omejitve DNK povečati z računalniško močjo robotov, bi lahko imela več aplikacij, vključno z učinkovitejšim shranjevanjem podatkov, ki lahko povzroči nižje emisije ogljika.

Julija 2022 so študentje z univerze Emory s sedežem v Georgii ustvarili molekularne robote z motorji na osnovi DNK, ki se lahko namerno premikajo v določeni smeri. Motorji so lahko zaznali kemične spremembe v svojem okolju in vedeli, kdaj naj se nehajo premikati ali ponovno umerijo smer. Raziskovalci so povedali, da je to odkritje velik korak k medicinskemu testiranju in diagnostiki, saj lahko rojevi molekularni roboti zdaj komunicirajo med motorji. Ta razvoj tudi pomeni, da lahko ti roji pomagajo nadzorovati kronične bolezni, kot sta sladkorna bolezen ali hipertenzija. Kljub temu, da so raziskave na tem področju prinesle nekaj napredka, se večina znanstvenikov strinja, da so do obsežne uporabe teh drobnih robotov v resničnem svetu še leta.

Posledice molekularne robotike

Širše posledice molekularne robotike lahko vključujejo: 

• Natančnejše raziskave človeških celic, vključno z možnostjo dostave zdravil v določene celice.
• Povečana vlaganja v nanotehnološke raziskave, zlasti s strani ponudnikov zdravstvenih storitev in velikih farmacevtskih podjetij.
• Industrijski sektor lahko izdeluje kompleksne strojne dele in zaloge z uporabo roja molekularnih robotov.
• Povečano odkrivanje materialov na molekularni osnovi, ki jih je mogoče uporabiti na karkoli, od oblačil do gradbenih delov.
• Nanoroboti, ki jih je mogoče programirati, da spreminjajo svoje komponente in kislost, odvisno od tega, ali bodo morali delati v organizmih ali zunaj, zaradi česar so zelo stroškovno učinkoviti in prilagodljivi delavci.

Vprašanja za komentiranje

• Kakšne so druge potencialne prednosti molekularnih robotov v industriji?
• Kakšne so druge potencialne koristi molekularnih robotov v biologiji in zdravstvu?