Molekylær robotik: Disse mikroskopiske robotter kan næsten alt

• Forfatter:
• Forfatter navn

  Quantumrun Foresight
• November 30, 2023

Oversigt over indsigt

Molecular robotics, et tværfagligt foretagende i forbindelse med robotteknologi, molekylærbiologi og nanoteknologi, med Harvards Wyss Institute i spidsen, driver programmeringen af ​​DNA-strenge til robotter, der er i stand til at udføre indviklede opgaver på molekylært niveau. Ved at udnytte CRISPR-genredigering kan disse robotter revolutionere lægemiddeludvikling og diagnostik, med enheder som Ultivue og NuProbe førende kommercielle strejftog. Mens forskere udforsker sværme af DNA-robotter til komplekse opgaver, der ligner insektkolonier, er applikationer i den virkelige verden stadig i horisonten, som lover uovertruffen præcision i medicinlevering, en velsignelse for nanoteknologisk forskning og potentialet for at konstruere molekylære materialer på tværs af forskellige industrier .

Molekylær robotteknologi kontekst

Forskere ved Harvard University's Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering var fascineret af de andre potentielle anvendelsestilfælde af DNA, som kan samles i forskellige former, størrelser og funktioner. De prøvede robotter. Denne opdagelse blev gjort mulig, fordi DNA og robotter deler én ting – evnen til at blive programmeret til et specifikt formål. I robotternes tilfælde kan de manipuleres gennem binær computerkode, og i DNA's tilfælde med nukleotidsekvenser. I 2016 oprettede instituttet Molecular Robotics Initiative, som samlede eksperter inden for robotteknologi, molekylærbiologi og nanoteknologi. Forskere var begejstrede over den relative uafhængighed og fleksibilitet af molekyler, som kan samle sig selv og reagere i realtid på miljøet. Denne funktion betyder, at disse programmerbare molekyler kan bruges til at skabe enheder i nanoskala, der kan have use cases på tværs af forskellige industrier.

Molekylær robotik er muliggjort af de seneste gennembrud inden for genetisk forskning, især genredigeringsværktøjet CRISPR (klyngede, korte palindromiske gentagelser med regelmæssigt mellemrum). Dette værktøj kan læse, redigere og klippe DNA-strenge efter behov. Med denne teknologi kan DNA-molekyler manipuleres til endnu mere præcise former og karakteristika, herunder biologiske kredsløb, der kan opdage enhver potentiel sygdom i en celle og automatisk dræbe den eller stoppe den i at blive kræftfremkaldende. Denne mulighed betyder, at molekylære robotter kan revolutionere lægemiddeludvikling, diagnoser og terapi. Wyss Institute gør utrolige fremskridt med dette projekt og etablerer allerede to kommercielle virksomheder: Ultivue til højpræcisionsvævsbilleddannelse og NuProbe til nukleinsyrediagnostik.

Forstyrrende påvirkning

En af de største fordele ved molekylær robotteknologi er, at disse små enheder kan interagere med hinanden for at opnå mere komplekse mål. Med udgangspunkt i kolonier af insekter som myrer og bier arbejder forskere på at udvikle sværme af robotter, der kan danne komplekse former og fuldføre opgaver ved at kommunikere med hinanden gennem infrarødt lys. Denne type nanoteknologihybrid, hvor grænserne for DNA kan udvides med robotters computerkraft, kunne have flere anvendelsesmuligheder, herunder mere effektiv datalagring, der kan resultere i lavere kulstofemissioner.

I juli 2022 skabte studerende fra det Georgia-baserede Emory University molekylære robotter med DNA-baserede motorer, der kan bevæge sig bevidst i en bestemt retning. Motorerne var i stand til at mærke kemiske ændringer i deres miljø og vide, hvornår de skulle stoppe med at bevæge sig eller omkalibrere retningen. Forskerne sagde, at denne opdagelse er et stort skridt i retning af medicinsk testning og diagnostik, fordi sværmmolekylære robotter nu kan kommunikere motor-til-motor. Denne udvikling betyder også, at disse sværme kan hjælpe med at kontrollere kroniske sygdomme som diabetes eller hypertension. Men mens forskning på dette område har givet nogle fremskridt, er de fleste videnskabsmænd enige om, at storstilede, virkelige applikationer af disse små robotter stadig er år væk.

Implikationer af molekylær robotteknologi

Bredere implikationer af molekylær robotteknologi kan omfatte: 

• Mere præcis forskning i menneskelige celler, herunder at kunne levere medicin til specifikke celler.
• Øgede investeringer i nanoteknologisk forskning, især fra sundhedsudbydere og store lægemidler.
• Industrisektoren er i stand til at bygge komplekse maskindele og forsyninger ved hjælp af en sværm af molekylære robotter.
• Øget opdagelse af molekylærbaserede materialer, som kan anvendes på alt, lige fra tøj til konstruktionsdele.
• Nanorobotter, der kan programmeres til at ændre deres komponenter og surhedsgrad, afhængigt af om de skal arbejde i organismer eller udenfor, hvilket gør dem yderst omkostningseffektive og fleksible arbejdere.

Spørgsmål at kommentere på

• Hvad er andre potentielle fordele ved molekylære robotter i industrien?
• Hvad er andre potentielle fordele ved molekylære robotter i biologi og sundhedspleje?