رباتیک مولکولی: این ربات های میکروسکوپی تقریباً می توانند هر کاری را انجام دهند

• نویسنده:
• نام نویسنده

  آینده نگاری کوانتوم ران
• نوامبر 30، 2023

خلاصه بینش

رباتیک مولکولی، یک سرمایه گذاری بین رشته ای در پیوند رباتیک، زیست شناسی مولکولی و فناوری نانو، که توسط موسسه Wyss هاروارد هدایت می شود، برنامه ریزی رشته های DNA را به ربات هایی که قادر به انجام وظایف پیچیده در سطح مولکولی هستند، سوق می دهد. این ربات‌ها با بهره‌گیری از ویرایش ژن CRISPR می‌توانند توسعه و تشخیص دارو را متحول کنند، و نهادهایی مانند Ultivue و NuProbe پیشرو در زمینه‌های تجاری هستند. در حالی که محققان در حال بررسی انبوهی از ربات‌های DNA برای کارهای پیچیده، شبیه به مستعمرات حشرات هستند، برنامه‌های کاربردی در دنیای واقعی هنوز در افق هستند و نویدبخش دقت بی‌نظیر در ارائه دارو، موهبتی برای تحقیقات نانوتکنولوژی و پتانسیل ساخت مواد مولکولی در صنایع مختلف هستند. .

زمینه رباتیک مولکولی

محققان مؤسسه مهندسی الهام گرفته از بیولوژیکی Wyss در دانشگاه هاروارد در مورد سایر موارد استفاده بالقوه از DNA که می توانند در شکل ها، اندازه ها و عملکردهای مختلف جمع شوند، شگفت زده شدند. آنها رباتیک را امتحان کردند. این کشف به این دلیل امکان پذیر شد که DNA و ربات ها یک چیز مشترک دارند - توانایی برنامه ریزی برای یک هدف خاص. در مورد روبات‌ها، می‌توان آن‌ها را از طریق کد رایانه‌ای باینری و در مورد DNA با توالی‌های نوکلئوتیدی دستکاری کرد. در سال 2016، موسسه ابتکار رباتیک مولکولی را ایجاد کرد که متخصصان رباتیک، زیست‌شناسی مولکولی و نانوتکنولوژی را گرد هم می‌آورد. دانشمندان از استقلال نسبی و انعطاف پذیری مولکول ها هیجان زده بودند، مولکول هایی که می توانند خود به خود جمع شوند و در زمان واقعی به محیط واکنش نشان دهند. این ویژگی به این معنی است که از این مولکول‌های قابل برنامه‌ریزی می‌توان برای ساخت دستگاه‌هایی در مقیاس نانو استفاده کرد که می‌توانند موارد استفاده در صنایع مختلف را داشته باشند.

رباتیک مولکولی با جدیدترین پیشرفت‌ها در تحقیقات ژنتیکی، به‌ویژه ابزار ویرایش ژن CRISPR (تکرارهای کوتاه پالیندرومی با فاصله منظم خوشه‌ای) فعال می‌شود. این ابزار می تواند رشته های DNA را در صورت نیاز بخواند، ویرایش کند و برش دهد. با استفاده از این فناوری، مولکول‌های DNA را می‌توان به شکل‌ها و ویژگی‌های دقیق‌تری دستکاری کرد، از جمله مدارهای بیولوژیکی که می‌توانند هر بیماری احتمالی را در یک سلول شناسایی کرده و به طور خودکار آن را بکشند یا از سرطانی شدن آن جلوگیری کنند. این امکان به این معنی است که ربات‌های مولکولی می‌توانند توسعه دارو، تشخیص و درمان را متحول کنند. موسسه Wyss در حال پیشرفت باورنکردنی با این پروژه است و در حال حاضر دو شرکت تجاری ایجاد کرده است: Ultivue برای تصویربرداری بافت با دقت بالا و NuProbe برای تشخیص اسید نوکلئیک.

تاثیر مخرب

یکی از مزایای عمده رباتیک مولکولی این است که این دستگاه های کوچک می توانند با یکدیگر برای رسیدن به اهداف پیچیده تر تعامل داشته باشند. محققان با گرفتن نشانه هایی از مستعمرات حشرات مانند مورچه ها و زنبورها، روی توسعه دسته هایی از ربات ها کار می کنند که می توانند با برقراری ارتباط با یکدیگر از طریق نور مادون قرمز، اشکال پیچیده ایجاد کنند و وظایف را کامل کنند. این نوع ترکیبی فناوری نانو، که در آن محدودیت‌های DNA را می‌توان با قدرت محاسباتی روبات‌ها افزایش داد، می‌تواند کاربردهای متعددی داشته باشد، از جمله ذخیره‌سازی داده‌های کارآمدتر که می‌تواند منجر به انتشار کربن کمتر شود.

در جولای 2022، دانشجویان دانشگاه اموری مستقر در جورجیا، ربات‌های مولکولی با موتورهای مبتنی بر DNA ساختند که می‌توانند عمداً در یک جهت خاص حرکت کنند. موتورها قادر بودند تغییرات شیمیایی را در محیط خود حس کنند و بدانند چه زمانی حرکت را متوقف کنند یا جهت را مجددا کالیبره کنند. به گفته محققان، این کشف گام بزرگی به سوی آزمایش‌های پزشکی و تشخیص است زیرا ربات‌های مولکولی ازدحام اکنون می‌توانند بین موتور به موتور ارتباط برقرار کنند. این پیشرفت همچنین به این معنی است که این دسته ها می توانند به کنترل بیماری های مزمن مانند دیابت یا فشار خون کمک کنند. با این حال، در حالی که تحقیقات در این زمینه پیشرفت هایی را به همراه داشته است، اکثر دانشمندان موافق هستند که کاربردهای واقعی و بزرگ مقیاس این ربات های کوچک هنوز سال ها باقی مانده است.

مفاهیم رباتیک مولکولی

مفاهیم گسترده تر رباتیک مولکولی ممکن است شامل موارد زیر باشد: 

• تحقیقات دقیق تر روی سلول های انسانی، از جمله توانایی رساندن دارو به سلول های خاص.
• افزایش سرمایه گذاری در تحقیقات نانوتکنولوژی، به ویژه توسط ارائه دهندگان مراقبت های بهداشتی و داروسازی بزرگ.
• بخش صنعتی قادر به ساخت قطعات و لوازم پیچیده ماشین آلات با استفاده از انبوهی از روبات های مولکولی است.
• افزایش کشف مواد مبتنی بر مولکولی که می توانند روی هر چیزی از لباس گرفته تا قطعات ساختمانی استفاده شوند.
• نانوروبات‌هایی که می‌توانند برای تغییر اجزاء و اسیدیته‌شان برنامه‌ریزی شوند، بسته به اینکه آیا آنها برای کار در موجودات زنده یا خارج از آن مورد نیاز خواهند بود، و باعث می‌شود کارگران بسیار مقرون‌به‌صرفه و انعطاف‌پذیر باشند.

سوالاتی برای اظهار نظر

• سایر مزایای بالقوه ربات های مولکولی در صنعت چیست؟
• مزایای بالقوه دیگر ربات های مولکولی در زیست شناسی و مراقبت های بهداشتی چیست؟