Молекулярная робототехника: эти микроскопические роботы могут делать практически все

• Автор:
• Имя автора

  Квантумран Форсайт
• 30 ноября 2023

Сводка статистики

Молекулярная робототехника, междисциплинарное предприятие на стыке робототехники, молекулярной биологии и нанотехнологий, возглавляемое Гарвардским институтом Висса, продвигает программирование нитей ДНК в роботов, способных выполнять сложные задачи на молекулярном уровне. Используя технологию редактирования генов CRISPR, эти роботы могут произвести революцию в разработке лекарств и диагностике, а такие компании, как Ultivue и NuProbe, возглавят коммерческие набеги. В то время как исследователи изучают стаи ДНК-роботов для выполнения сложных задач, подобных колониям насекомых, реальные применения все еще находятся на горизонте, обещая беспрецедентную точность в доставке лекарств, благо для нанотехнологических исследований и потенциал для создания молекулярных материалов в различных отраслях. .

Контекст молекулярной робототехники

Исследователи из Института биологической инженерии Висса Гарвардского университета были заинтригованы другими потенциальными вариантами использования ДНК, которая может принимать различные формы, размеры и функции. Они попробовали робототехнику. Это открытие стало возможным потому, что ДНК и роботы имеют одну общую черту — способность программироваться для достижения конкретной цели. В случае с роботами ими можно манипулировать с помощью двоичного компьютерного кода, а в случае с ДНК — с помощью нуклеотидных последовательностей. В 2016 году институт создал Инициативу по молекулярной робототехнике, объединившую экспертов в области робототехники, молекулярной биологии и нанотехнологий. Ученых воодушевила относительная независимость и гибкость молекул, которые могут самособираться и реагировать в режиме реального времени на окружающую среду. Эта особенность означает, что эти программируемые молекулы можно использовать для создания наноразмерных устройств, которые можно использовать в различных отраслях.

Молекулярная робототехника стала возможной благодаря последним достижениям в генетических исследованиях, в частности, инструменту редактирования генов CRISPR (кластеризованные короткие палиндромные повторы с регулярными интервалами). Этот инструмент может читать, редактировать и разрезать цепи ДНК по мере необходимости. С помощью этой технологии молекулам ДНК можно придавать еще более точные формы и характеристики, включая биологические схемы, которые могут обнаружить любое потенциальное заболевание в клетке и автоматически убить его или не дать ему стать раковым. Эта возможность означает, что молекулярные роботы могут произвести революцию в разработке лекарств, диагностике и терапии. Институт Висса добился невероятных успехов в этом проекте, уже основав две коммерческие компании: Ultivue для высокоточной визуализации тканей и NuProbe для диагностики нуклеиновых кислот.

Разрушительное воздействие

Одним из основных преимуществ молекулярной робототехники является то, что эти крошечные устройства могут взаимодействовать друг с другом для достижения более сложных целей. Следуя примеру колоний насекомых, таких как муравьи и пчелы, исследователи работают над созданием стаи роботов, которые могут формировать сложные формы и выполнять задачи, общаясь друг с другом посредством инфракрасного света. Этот тип гибрида нанотехнологий, в котором возможности ДНК могут быть расширены за счет вычислительной мощности роботов, может иметь несколько применений, включая более эффективное хранение данных, что может привести к снижению выбросов углерода.

В июле 2022 года студенты Университета Эмори в Джорджии создали молекулярных роботов с двигателями на основе ДНК, которые могут намеренно двигаться в определенном направлении. Двигатели смогли ощущать химические изменения в окружающей среде и знать, когда прекратить движение или перекалибровать направление. Исследователи заявили, что это открытие является большим шагом на пути к медицинским испытаниям и диагностике, поскольку рои молекулярных роботов теперь могут общаться между двигателями. Это развитие также означает, что эти стаи могут помочь контролировать хронические заболевания, такие как диабет или гипертония. Однако, хотя исследования в этой области принесли некоторые успехи, большинство ученых согласны с тем, что до крупномасштабного реального применения этих крошечных роботов еще далеко.

Последствия молекулярной робототехники

Более широкие последствия молекулярной робототехники могут включать: 

• Более точные исследования клеток человека, включая возможность доставки лекарств в определенные клетки.
• Увеличение инвестиций в исследования в области нанотехнологий, особенно со стороны поставщиков медицинских услуг и крупных фармацевтических компаний.
• Промышленный сектор способен создавать сложные детали машин и расходные материалы, используя множество молекулярных роботов.
• Увеличение количества открытий материалов на молекулярной основе, которые можно наносить на что угодно: от одежды до строительных деталей.
• Нанороботы, которых можно запрограммировать на изменение своих компонентов и кислотности в зависимости от того, будут ли они работать внутри организмов или снаружи, что делает их высокорентабельными и гибкими работниками.

Вопросы для комментариев

• Каковы еще потенциальные преимущества молекулярных роботов в промышленности?
• Каковы еще потенциальные преимущества молекулярных роботов в биологии и здравоохранении?