Alle ombord på nanotog-netværket

Små selvsamlende transportnetværk, drevet af motorer i nanoskala og styret af DNA, er udviklet af forskere ved Oxford University og Warwick University.

Systemet kan konstruere sit eget netværk af spor, der strækker sig over ti mikrometer i længden, transportere gods over nettet og endda afmontere sporene.

Værket er udgivet i Natur nanoteknologi og blev støttet af Forskningsrådet for Ingeniør- og Fysikvidenskab og Forskningsrådet for Bioteknologi og Biologisk Videnskab.

Forskere blev inspireret af melanoforen, bruges af fiskeceller til at kontrollere deres farve. Spor i netværket kommer alle fra et centralt punkt, som egerne på et cykelhjul. Motorproteiner transporterer pigment rundt i netværket, enten koncentrere det i midten eller sprede det i hele netværket. Koncentrering af pigment i midten gør cellerne lettere, da det omgivende rum efterlades tomt og gennemsigtigt.

Systemet udviklet af Oxford University-teamet ligner meget, og er bygget af DNA og et motorprotein kaldet kinesin. Drevet af ATP-brændstof, kinesiner bevæger sig langs mikrosporene, der bærer kontrolmoduler lavet af korte DNA-strenge. 'Assembler' nanobots er lavet med to kinesinproteiner, giver dem mulighed for at flytte spor rundt for at samle netværket, hvorimod 'shuttles' kun behøver ét kinesinprotein for at rejse langs sporene.

'DNA er en fremragende byggesten til at konstruere syntetiske molekylære systemer, da vi kan programmere den til at gøre alt, hvad vi har brug for, sagde Adam Wollman, som udførte forskningen ved Oxford University's Department of Physics. 'Vi designer de kemiske strukturer af DNA-strengene for at kontrollere, hvordan de interagerer med hinanden. Skytterne kan bruges til enten at transportere last eller levere signaler til at fortælle andre skytter, hvad de skal gøre.

'Vi bruger først samlere til at arrangere sporet i 'eger', udløst af indførelsen af ​​ATP. Vi sender så pendulfarter ind med fluorescerende grøn last, som spreder sig ud over banen, dækker det jævnt. Når vi tilføjer mere ATP, pendulerne samler sig alle i midten af ​​banen, hvor egerne mødes. Næste, vi sender signalpendler langs sporene for at fortælle de lastbærende skyttelbusser om at frigive den fluorescerende last til miljøet, hvor det spredes. Vi kan også sende shuttles programmeret med 'afmonterings'-signaler til den centrale hub, fortæller sporene at bryde op.'

Denne demonstration brugte fluorescerende grønne farvestoffer som last, men de samme metoder kunne anvendes på andre forbindelser. Samt farveændringer, egerlignende sporsystemer kunne bruges til at fremskynde kemiske reaktioner ved at bringe de nødvendige forbindelser sammen i det centrale knudepunkt. Mere bredt, Brug af DNA til at kontrollere motoriske proteiner kunne muliggøre udviklingen af ​​mere sofistikerede selvsamlende systemer til en bred vifte af applikationer.