Quantumrun

КРЕДИТ ЗОБРАЖЕННЯ:

iStock

Молекулярна робототехніка: ці мікроскопічні роботи можуть робити майже все

Дослідники виявляють гнучкість і потенціал нанороботів на основі ДНК.

Автор:
ім'я автора
Quantumrun Foresight
Листопад 30, 2023

Короткий огляд

Молекулярна робототехніка, міждисциплінарне підприємство, що поєднує робототехніку, молекулярну біологію та нанотехнології, очолюване Інститутом Вісса Гарвардського університету, запускає програмування ланцюгів ДНК у роботів, здатних виконувати складні завдання на молекулярному рівні. Використовуючи редагування генів CRISPR, ці роботи могли б революціонізувати розробку ліків і діагностику, а такі організації, як Ultivue і NuProbe, ведуть комерційні набіги. У той час як дослідники досліджують зграї ДНК-роботів для складних завдань, схожих на колонії комах, реальні застосування все ще на горизонті, обіцяючи неперевершену точність у доставці ліків, благо для досліджень нанотехнологій і потенціал для створення молекулярних матеріалів у різних галузях промисловості. .

Контекст молекулярної робототехніки

Дослідники з Інституту біологічно натхненної інженерії Гарвардського університету були заінтриговані іншими потенційними випадками використання ДНК, яка може збиратися в різні форми, розміри та функції. Вони спробували робототехніку. Це відкриття стало можливим завдяки тому, що ДНК і роботів об’єднує одне – здатність програмуватися на конкретну мету. У випадку з роботами ними можна маніпулювати за допомогою двійкового комп’ютерного коду, а у випадку з ДНК – за допомогою послідовностей нуклеотидів. У 2016 році Інститут створив Molecular Robotics Initiative, який об’єднав фахівців з робототехніки, молекулярної біології та нанотехнологій. Вчені були в захваті від відносної незалежності та гнучкості молекул, які можуть самозбиратися та реагувати на навколишнє середовище в реальному часі. Ця функція означає, що ці програмовані молекули можна використовувати для створення нанорозмірних пристроїв, які можуть використовуватися в різних галузях.

Молекулярна робототехніка стала можливою завдяки останнім досягненням у генетичних дослідженнях, зокрема інструменту редагування генів CRISPR (кластеризовані регулярні інтервалові короткі паліндромні повтори). Цей інструмент може читати, редагувати та розрізати ланцюги ДНК за потреби. За допомогою цієї технології можна маніпулювати молекулами ДНК у ще більш точні форми та характеристики, включаючи біологічні схеми, які можуть виявляти будь-яке потенційне захворювання в клітині та автоматично вбивати її або запобігати перетворенню в рак. Ця можливість означає, що молекулярні роботи можуть зробити революцію в розробці ліків, діагностиці та терапії. Wyss Institute робить неймовірний прогрес у цьому проекті, уже заснувавши дві комерційні компанії: Ultivue для високоточної візуалізації тканин і NuProbe для діагностики нуклеїнових кислот.

Руйнівний вплив

Однією з головних переваг молекулярної робототехніки є те, що ці крихітні пристрої можуть взаємодіяти один з одним для досягнення більш складних цілей. Взявши приклад з колоній комах, таких як мурахи та бджоли, дослідники працюють над створенням рою роботів, які можуть формувати складні форми та виконувати завдання, спілкуючись один з одним через інфрачервоне світло. Цей тип гібриду нанотехнологій, де межі ДНК можна розширити за допомогою обчислювальної потужності роботів, може мати кілька застосувань, включаючи більш ефективне зберігання даних, що може призвести до зниження викидів вуглецю.

У липні 2022 року студенти Університету Еморі в Джорджії створили молекулярних роботів з двигунами на основі ДНК, які можуть навмисно рухатися в певному напрямку. Мотори змогли відчути хімічні зміни в навколишньому середовищі та знати, коли зупинити рух або змінити напрямок. Дослідники кажуть, що це відкриття є великим кроком до медичного тестування та діагностики, оскільки молекулярні роботи тепер можуть спілкуватися між двигунами. Цей розвиток також означає, що ці зграї можуть допомогти контролювати такі хронічні захворювання, як діабет або гіпертонія. Однак, хоча дослідження в цій галузі дали певний прогрес, більшість вчених погоджуються, що до широкомасштабного реального застосування цих крихітних роботів ще багато років.

Наслідки молекулярної робототехніки

Більш широкі наслідки молекулярної робототехніки можуть включати:

Більш точні дослідження людських клітин, у тому числі можливість доставки ліків до певних клітин.
Збільшення інвестицій у дослідження нанотехнологій, особливо з боку постачальників медичних послуг і великих фармацевтичних компаній.
Промисловий сектор здатний створювати складні деталі машин і приладдя за допомогою цілого ряду молекулярних роботів.
Збільшення кількості відкриттів матеріалів на молекулярній основі, які можна застосовувати на будь-чому, від одягу до деталей конструкції.
Нанороботи, які можуть бути запрограмовані на зміну своїх компонентів і кислотності, залежно від того, чи потрібно їм працювати в організмах чи поза ними, що робить їх високорентабельними та гнучкими працівниками.