Molekulaarne robootika: need mikroskoopilised robotid saavad teha peaaegu kõike

• Autor:
• autori nimi

  Quantumrun Foresight
• November 30, 2023

Ülevaate kokkuvõte

Molekulaarrobootika, robootika, molekulaarbioloogia ja nanotehnoloogia vaheline interdistsiplinaarne ettevõtmine, mille eesotsas on Harvardi Wyssi Instituut, arendab DNA ahelate programmeerimist robotiteks, mis on võimelised täitma keerukaid ülesandeid molekulaarsel tasandil. Kasutades CRISPR-i geenide redigeerimist, võivad need robotid muuta ravimiarendust ja -diagnostikat revolutsiooniliseks, kusjuures sellised üksused nagu Ultivue ja NuProbe juhivad kommertskatseid. Samal ajal kui teadlased uurivad DNA-robotite sülemeid keeruliste ülesannete täitmiseks, mis on sarnased putukakolooniatega, on endiselt silmapiiril reaalsed rakendused, mis lubavad võrreldamatut täpsust ravimite tarnimisel, õnnistuseks nanotehnoloogiauuringutele ja potentsiaali molekulaarsete materjalide konstrueerimiseks erinevates tööstusharudes. .

Molekulaarse robootika kontekst

Harvardi ülikooli Wyssi bioloogiliselt inspireeritud inseneriinstituudi teadlasi huvitasid teised DNA võimalikud kasutusjuhtumid, mis võivad kokku koguda erineva kuju, suuruse ja funktsiooniga. Nad proovisid robootikat. See avastus sai võimalikuks, kuna DNA-l ja robotitel on üks asi – võime olla programmeeritud konkreetse eesmärgi jaoks. Robotite puhul saab neid manipuleerida binaarse arvutikoodi ja DNA puhul nukleotiidjärjestuste abil. 2016. aastal lõi instituut Molecular Robotics Initiative'i, mis koondas robootika, molekulaarbioloogia ja nanotehnoloogia eksperdid. Teadlased olid põnevil molekulide suhtelisest sõltumatusest ja paindlikkusest, mis suudavad ise kokku panna ja reaalajas keskkonnale reageerida. See funktsioon tähendab, et neid programmeeritavaid molekule saab kasutada nanomõõtmeliste seadmete loomiseks, millel võib olla kasutusjuhtumeid erinevates tööstusharudes.

Molekulaarset robootikat võimaldavad uusimad läbimurded geeniuuringutes, eriti geenide redigeerimise tööriist CRISPR (rühmitatud korrapäraselt vahekaugusega lühikesed palindroomsed kordused). See tööriist saab vajadusel lugeda, redigeerida ja lõigata DNA ahelaid. Selle tehnoloogia abil saab DNA molekule muuta veelgi täpsemateks kujunditeks ja omadusteks, sealhulgas bioloogilisteks ahelateks, mis suudavad tuvastada rakus mis tahes potentsiaalse haiguse ja selle automaatselt tappa või peatada selle vähiks muutumise. See võimalus tähendab, et molekulaarrobotid võivad muuta ravimite väljatöötamise, diagnoosimise ja ravi pöördeliseks. Wyss Institute teeb selle projektiga uskumatuid edusamme, asutades juba kaks äriettevõtet: Ultivue ülitäpse koekuvamise jaoks ja NuProbe nukleiinhapete diagnostika jaoks.

Häiriv mõju

Molekulaarse robootika üks peamisi eeliseid on see, et need väikesed seadmed saavad keerukamate eesmärkide saavutamiseks üksteisega suhelda. Võttes näpunäiteid putukakolooniatelt, nagu sipelgad ja mesilased, töötavad teadlased robotite sülemide väljatöötamise kallal, mis suudavad infrapunavalguse kaudu üksteisega suheldes moodustada keerulisi kujundeid ja täita ülesandeid. Seda tüüpi nanotehnoloogia hübriidil, kus DNA piire saab suurendada robotite arvutusvõimsusega, võib olla mitu rakendust, sealhulgas tõhusam andmete salvestamine, mis võib vähendada süsinikdioksiidi heitkoguseid.

2022. aasta juulis lõid Georgias asuva Emory ülikooli tudengid DNA-põhiste mootoritega molekulaarroboteid, mis võivad tahtlikult liikuda kindlas suunas. Mootorid suutsid tajuda keemilisi muutusi oma keskkonnas ja teadsid, millal liikumine peatada või suunda ümber kalibreerida. Teadlaste sõnul on see avastus suur samm meditsiiniliste katsete ja diagnostika suunas, sest parvemolekulaarsed robotid saavad nüüd mootorite ja mootorite vahel suhelda. See areng tähendab ka seda, et need sülemid võivad aidata kontrollida kroonilisi haigusi, nagu diabeet või hüpertensioon. Kuigi selle valdkonna uuringud on andnud mõningaid edusamme, nõustuvad enamik teadlasi, et nende pisikeste robotite laiaulatuslikud reaalsed rakendused on veel aastate kaugusel.

Molekulaarse robootika tagajärjed

Molekulaarse robootika laiemad tagajärjed võivad hõlmata järgmist: 

• Inimrakkude täpsem uurimine, sealhulgas võimalus toimetada ravimeid konkreetsetesse rakkudesse.
• Suurenenud investeeringud nanotehnoloogiauuringutesse, eriti tervishoiuteenuste osutajate ja suurte farmaatsiaettevõtete poolt.
• Tööstussektor suudab molekulaarrobotite parve abil ehitada keerukaid masinaosi ja tarvikuid.
• Molekulaarsete materjalide suurem avastamine, mida saab kanda kõigele, alates rõivastest kuni ehitusdetailideni.
• Nanorobotid, mida saab programmeerida muutma nende komponente ja happesust olenevalt sellest, kas nad peavad töötama organismides või väljaspool, muutes need väga kuluefektiivseteks ja paindlikeks töötajateks.

Küsimused, mida kommenteerida

• Millised on veel molekulaarrobotite potentsiaalsed eelised tööstuses?
• Millised on molekulaarrobotite muud potentsiaalsed eelised bioloogias ja tervishoius?