Baby skrider mod molekylære robotter

Et gangmolekyle, så lille, at den ikke kan observeres direkte med et mikroskop, er blevet registreret ved at tage sine første trin i nanometerstørrelse.

Det er første gang, at nogen har vist i realtid, at sådan en lille genstand - kaldet en 'lille molekyle -rollator' - har taget en række trin. Gennembruddet, lavet af kemikere fra Oxford University, er en vigtig milepæl på den lange vej mod udvikling af 'nanorobots'.

'I fremtiden kan vi forestille os små maskiner, der kunne hente og transportere last på størrelse med individuelle molekyler, som kan bruges som byggesten til mere komplicerede molekylære maskiner; forestil dig en lille pincet, der fungerer inde i celler, sagde Dr Gokce Su Pulcu fra Oxford University's Department of Chemistry. 'Det endelige mål er at bruge molekylære vandrere til at danne nanotransportnetværk, ' hun siger.

Imidlertid, før nanorobotter kan køre, skal de først gå. Som Su forklarer, at bevise, at dette ikke er nogen let opgave.

I årevis har forskere vist, at maskiner og vandrere i bevægelse kan bygges ud af DNA. Men, relativt set, DNA er meget større end små molekyler, og DNA -maskiner arbejder kun i vand.

Det store problem er, at mikroskoper kun kan registrere bevægelige objekter ned til niveauet 10–20 nanometer. Det betyder, at småmolekylevandrere, hvis skridt er 1 nanometer lange, kan kun registreres efter at have taget omkring 10 eller 15 trin. Det ville derfor være umuligt at fortælle med et mikroskop, om en rollator havde 'hoppet' eller 'flydet' til et nyt sted i stedet for at tage alle de mellemliggende trin.

Som de rapporterer i denne uges Naturnanoteknologi , Su og hendes kolleger i Oxford's Bayley Group tog en ny tilgang til at opdage en rollers hvert trin i realtid. Deres løsning? At bygge en rollator af et arsenholdigt molekyle og registrere dens bevægelse på et spor bygget inde i en nanopore.

Nanopores er allerede grundlaget for banebrydende DNA -sekventeringsteknologi udviklet af Bayley Group og spinout -virksomheden Oxford Nanopore Technologies. Her, små proteinporer registrerer molekyler, der passerer gennem dem. Hver base afbryder en elektrisk strøm, der passerer gennem nanoporen med en anden mængde, så DNA -basen 'bogstaver' (A, C, G eller T) kan læses.

I denne nye forskning, de brugte en nanopore indeholdende et spor, der var dannet af fem 'fodfæste' til at opdage, hvordan en rollator bevægede sig over den.

'Vi kan ikke' se 'rollatoren bevæge sig, men ved at kortlægge ændringer i ionstrømmen, der strømmer gennem poren, når molekylet bevæger sig fra fodfæste til fodfæste, er vi i stand til at kortlægge, hvordan det går fra det ene til det andet og tilbage igen, 'Forklarer Su.

For at sikre at rollatoren ikke flyder væk, de designet det til at have 'fødder', der klæber til sporet ved at lave og bryde kemiske bindinger. Su siger:'Det er lidt som at træde på et gulvtæppe med lim under skoene:Ved hvert trin stikker fodgængerens fod og derefter afstikker den, så den kan bevæge sig til næste fodfæste.' Denne tilgang kunne gøre det muligt at designe en maskine, der kan gå på forskellige overflader.

Det er en stor bedrift for sådan en lille maskine, men som Su er den første til at indrømme, der er mange flere udfordringer, der skal overvindes, før programmerbare nanorobots er en realitet.

'I øjeblikket har vi ikke meget kontrol over, hvilken retning rollatoren bevæger sig i; det bevæger sig ret tilfældigt, 'Su fortæller mig. 'Proteinsporet ligner lidt en bjergskråning; der er en retning, der er lettere at gå i, så vandrere har en tendens til at gå denne vej. Vi håber at kunne udnytte denne præference for at bygge spor, der leder en rollator, hvor vi vil have den. '

Den næste udfordring derefter vil være at en rollator gør sig nyttig ved, for eksempel, transporterer en last:der er allerede plads til, at den kan bære et molekyle på sit 'hoved', som den derefter kan tage til et ønsket sted for at udføre en opgave.

Su kommenterer:'Vi bør være i stand til at konstruere en overflade, hvor vi kan kontrollere bevægelsen af ​​disse vandrere og observere dem under et mikroskop gennem den måde, de interagerer med et meget tyndt fluorescerende lag. Dette ville gøre det muligt at designe chips med forskellige stationer med vandrere, der transporterer gods mellem disse stationer; så begyndelsen på et nanotransportsystem. '

Dette er de første foreløbige babytrin i en ny teknologi, men de lover, at der kunne være meget større fremskridt.