Molekylære robotter på fremmarch (m/ video)

Forskere fra Columbia University, Arizona State University, University of Michigan og California Institute of Technology (Caltech) har skabt og programmeret robotter på størrelse med et enkelt molekyle, der kan bevæge sig uafhængigt over et spor i nanoskala. Denne udvikling, beskrevet i 13. maj-udgaven af ​​tidsskriftet Natur , markerer et vigtigt fremskridt inden for de begyndende områder inden for molekylær databehandling og robotteknologi, og kan en dag føre til molekylære robotter, der kan fikse individuelle celler eller samle nanoteknologiske produkter.

Projektet blev ledet af Milan N. Stojanovic, et fakultetsmedlem i afdelingen for eksperimentel terapeutik ved Columbia University, som samarbejdede med Erik Winfree, lektor i datalogi ved Caltech, Hao Yan, professor i kemi og biokemi ved Arizona State University og ekspert i DNA-nanoteknologi, og med Nils G. Walter, professor i kemi og direktør for Single Molecule Analysis in Real-Time (SMART) Center ved University of Michigan i Ann Arbor. Deres arbejde blev delvist støttet af National Science Foundation.

Ordet 'robot' får de fleste til at tænke på solide maskiner, der bruger computerkredsløb til at udføre definerede opgaver, som at støvsuge et tæppe eller svejse biler sammen. I de seneste år, forskere har arbejdet på at skabe robotter, der også pålideligt kunne udføre nyttige opgaver, men på molekylært niveau. Dette er, unødvendigt at sige, ikke en simpel bestræbelse, og det involverer omprogrammering af DNA-molekyler til at fungere på bestemte måder. "Kan du instruere et biomolekyle til at bevæge sig og fungere på en bestemt måde - forskere ved datalogiens grænseflade, kemi, biologi og teknik forsøger at gøre netop det, " siger Mitra Basu, en programdirektør hos NSF med ansvar for agenturets støtte til denne forskning.

Det seneste molekylære robotarbejde har produceret såkaldte DNA-walkers, eller strenge af omprogrammeret DNA med 'ben', der gjorde det muligt for dem at gå kortvarigt. Nu har dette forskerhold vist, at disse molekylære robotedderkopper faktisk kan bevæge sig autonomt gennem en specielt oprettet, todimensionelt landskab. Edderkopperne handlede på rudimentære robotmåder, viser, at de er i stand til at starte bevægelse, gå et stykke tid, dreje, og stopper.

Ud over at være utroligt små - omkring 4 nanometer i diameter - bevæger vandrerne sig også langsomt, dækker 100 nanometer i tider fra 30 minutter til en hel time ved at tage cirka 100 skridt. Dette er en væsentlig forbedring i forhold til tidligere DNA-vandrere, der kun var i stand til omkring tre trin.

Mens området for molekylær robotteknologi stadig er ved at opstå, det er muligt, at disse små kreationer en dag kan have vigtige medicinske anvendelser. "Dette arbejde kan en dag føre til effektiv kontrol af kroniske sygdomme som diabetes eller kræft, " siger Basu.

Ifølge Stojanovich, disse praktiske anvendelser er stadig mange år tilbage, men han og hans kolleger håber at kunne fortsætte deres arbejde ind til grundlaget for dette unge felt. Stojanovich mener, at deres fremtidige arbejde også vil kræve omfattende samarbejder, med hver af dem at bringe en specifik ekspertise til bordet, som det var tilfældet i den forskning, der blev offentliggjort i dag. "Hvis du tager nogen af ​​os med vores disciplinære ekspertise ud af dette, " Stojanovic sagde i et interview "dette papir ville være kollapset og aldrig være, hvad det er nu."