DNA ohjaa kokoamaan nanorobotiikan rakenteita

Sydneyn yliopiston nanoinstituutin tutkijat ovat edistyneet merkittävästi molekyylirobotiikan alalla kehittämällä räätälöityjä ja ohjelmoitavia nanorakenteita käyttämällä DNA-origamia.

Tällä innovatiivisella lähestymistavalla on potentiaalia useissa sovelluksissa kohdennetuista lääkkeenantojärjestelmistä herkästi reagoiviin materiaaleihin ja energiatehokkaaseen optiseen signaalinkäsittelyyn.

Menetelmässä käytetään 'DNA-origamia' eli DNA:n luonnollista laskostumisvoimaa, ihmiselämän rakennuspalikoita, luodakseen uusia ja hyödyllisiä biologisia rakenteita.

Tohtorien Minh Tri Luun ja Shelley Wickhamin vetämässä tutkimuksessa keskitytään modulaaristen DNA-origami -"vokseleiden" luomiseen, jotka voidaan koota monimutkaisiksi kolmiulotteisiksi rakenteiksi. (Kun pikseli on kaksiulotteinen, vokseli toteutetaan 3D-muodossa.)

Nämä ohjelmoitavat nanorakenteet voidaan räätälöidä tiettyjä toimintoja varten, mikä mahdollistaa erilaisten konfiguraatioiden nopean prototyyppien valmistamisen. Tämä joustavuus on ratkaisevan tärkeää kehitettäessä nanomittakaavan robottijärjestelmiä, jotka voivat suorittaa tehtäviä synteettisen biologian, nanolääketieteen ja materiaalitieteen aloilla.

Aiheesta edelleen kehitetyt materiaalit voidaan suunnitella esimerkiksi reagoimaan suurempiin kuormituksiin tai muuttamaan niiden rakenteellisia ominaisuuksia lämpötilan tai happamuuden (pH) tason muutosten perusteella. Tällaiset herkät materiaalit voivat muuttaa lääketiedettä, tietojenkäsittelyä ja elektroniikkateollisuutta.

Tohtori Wickham sanoi: "Tämä työ antaa meille mahdollisuuden kuvitella maailmaa, jossa nanobotit voivat työstää valtavan valikoiman tehtäviä ihmiskehon hoitamisesta futurististen elektronisten laitteiden rakentamiseen."

Tutkimusryhmä tutkii myös energiatehokkaita menetelmiä optisten signaalien käsittelyyn, mikä voisi johtaa parempiin kuvantodentamistekniikoihin. DNA-origamin ainutlaatuisia ominaisuuksia hyödyntämällä nämä järjestelmät voivat parantaa optisen signaalinkäsittelyn nopeutta ja tarkkuutta, mikä tasoittaa tietä parannetuille lääketieteellisen diagnostiikan tai turvallisuuden tekniikoille.

University Illinois Urbana-Champaign tutkijat ovat puolestaan tehneet pienen yhdestä DNA-palasta taitettu neljäsormisen "käden", joka voi poimia vaikkapa COVID-19:n aiheuttavan viruksen.

NanoGripperiksi nimetty nanorobottinen käsi voitaisiin myös ohjelmoida olemaan vuorovaikutuksessa muiden virusten kanssa tai tunnistamaan solun pintamarkkereita kohdennettua lääkkeen antamista varten, kuten syövän hoidossa.

Ihmisen käden ja linnun kynsien tarttumisvoiman innoittamana tutkijat suunnittelivat NanoGripperin neljällä taivutettavalla sormella ja kämmenellä, kaikki yhdessä nanorakenteessa. Jokaisessa sormessa on kolme niveltä, kuten ihmisen sormessa, ja kulma ja taivutusaste määräytyvät DNA-kehysrakenteen mallin mukaan.

Aiheesta aiemmin:

DNA laskee ja tallentaa

DNA sopii moneen tarkoitukseen