Molekulární robotika: Tyto mikroskopické roboty dokážou téměř cokoliv

• Autor:
• jméno autora

  Quantumrun Foresight
• Listopadu 30, 2023

Shrnutí statistik

Molekulární robotika, interdisciplinární počin na propojení robotiky, molekulární biologie a nanotechnologie, v čele s Harvardským Wyss Institutem, pohání programování řetězců DNA do robotů schopných provádět složité úkoly na molekulární úrovni. Využitím úpravy genů CRISPR by tito roboti mohli způsobit revoluci ve vývoji a diagnostice léků, přičemž subjekty jako Ultivue a NuProbe vedou v komerčních nájezdech. Zatímco výzkumníci zkoumají roje DNA robotů pro složité úkoly, podobné koloniím hmyzu, reálné aplikace jsou stále na obzoru, slibují bezkonkurenční přesnost v poskytování léků, přínos pro výzkum nanotechnologií a potenciál pro konstrukci molekulárních materiálů v různých průmyslových odvětvích. .

Kontext molekulární robotiky

Výzkumníci z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Harvardské univerzitě byli zaujati dalšími potenciálními případy použití DNA, která se může skládat do různých tvarů, velikostí a funkcí. Zkusili robotiku. Tento objev byl možný, protože DNA a roboti sdílejí jednu věc – schopnost být naprogramován pro konkrétní cíl. V případě robotů s nimi lze manipulovat pomocí binárního počítačového kódu a v případě DNA pomocí nukleotidových sekvencí. V roce 2016 ústav vytvořil iniciativu Molecular Robotics Initiative, která spojila odborníky na robotiku, molekulární biologii a nanotechnologie. Vědci byli nadšeni relativní nezávislostí a flexibilitou molekul, které se mohou samy skládat a reagovat v reálném čase na okolní prostředí. Tato funkce znamená, že tyto programovatelné molekuly lze použít k vytvoření zařízení v nanoměřítku, která mohou mít případy použití v různých odvětvích.

Molekulární robotika je umožněna nejnovějšími průlomy v genetickém výzkumu, zejména nástrojem pro úpravu genů CRISPR (seskupení pravidelně rozmístěných krátkých palindromických repetic). Tento nástroj dokáže podle potřeby číst, upravovat a řezat řetězce DNA. Pomocí této technologie lze molekuly DNA manipulovat do ještě přesnějších tvarů a charakteristik, včetně biologických obvodů, které dokážou detekovat jakékoli potenciální onemocnění v buňce a automaticky ji zabít nebo zastavit její rakovinu. Tato možnost znamená, že molekulární roboti mohou způsobit revoluci ve vývoji léků, diagnóz a terapeutik. Wyss Institute dělá s tímto projektem neuvěřitelný pokrok a již založil dvě komerční společnosti: Ultivue pro vysoce přesné zobrazování tkání a NuProbe pro diagnostiku nukleových kyselin.

Rušivý dopad

Jednou z hlavních výhod molekulární robotiky je to, že tato malá zařízení mohou vzájemně interagovat a dosáhnout tak složitějších cílů. Na základě podnětů z kolonií hmyzu, jako jsou mravenci a včely, výzkumníci pracují na vývoji rojů robotů, kteří mohou vytvářet složité tvary a plnit úkoly vzájemnou komunikací prostřednictvím infračerveného světla. Tento typ nanotechnologického hybridu, kde lze limity DNA rozšířit pomocí výpočetního výkonu robotů, by mohl mít několik aplikací, včetně efektivnějšího ukládání dat, které může vést k nižším emisím uhlíku.

V červenci 2022 studenti z univerzity Emory v Georgii vytvořili molekulární roboty s motory na bázi DNA, které se mohou záměrně pohybovat určitým směrem. Motory byly schopny snímat chemické změny ve svém prostředí a vědět, kdy se má zastavit nebo překalibrovat směr. Vědci uvedli, že tento objev je velkým krokem k lékařskému testování a diagnostice, protože rojové molekulární roboty nyní mohou komunikovat mezi motorem. Tento vývoj také znamená, že tyto roje mohou pomoci kontrolovat chronická onemocnění, jako je cukrovka nebo hypertenze. Přestože výzkum v této oblasti přinesl určité pokroky, většina vědců souhlasí s tím, že rozsáhlé aplikace těchto malých robotů v reálném světě jsou ještě roky vzdáleny.

Důsledky molekulární robotiky

Širší důsledky molekulární robotiky mohou zahrnovat: 

• Přesnější výzkum lidských buněk, včetně schopnosti dodávat léky do konkrétních buněk.
• Zvýšené investice do výzkumu nanotechnologií, zejména ze strany poskytovatelů zdravotní péče a velkých farmaceutických firem.
• Průmyslový sektor je schopen vyrábět složité strojní součásti a zásoby pomocí roje molekulárních robotů.
• Stále častěji se objevují materiály na molekulární bázi, které lze aplikovat na cokoli, od oblečení až po konstrukční díly.
• Nanoroboty, které lze naprogramovat tak, aby měnily své složky a kyselost v závislosti na tom, zda budou muset pracovat v organismech nebo venku, což z nich činí vysoce nákladově efektivní a flexibilní pracovníky.

Otázky ke komentáři

• Jaké jsou další potenciální výhody molekulárních robotů v průmyslu?
• Jaké jsou další potenciální výhody molekulárních robotů v biologii a zdravotnictví?