Molekulárna robotika: Tieto mikroskopické roboty dokážu takmer čokoľvek

• Autor:
• meno autora

  Predvídavosť Quantumrun
• Novembra 30, 2023

Súhrn prehľadu

Molekulárna robotika, interdisciplinárny podnik v spojení robotiky, molekulárnej biológie a nanotechnológie, vedená Harvardským inštitútom Wyss Institute, poháňa programovanie reťazcov DNA do robotov schopných vykonávať zložité úlohy na molekulárnej úrovni. Využitím úpravy génov CRISPR by tieto roboty mohli spôsobiť revolúciu vo vývoji liekov a diagnostike, pričom subjekty ako Ultivue a NuProbe vedú k komerčným nájazdom. Zatiaľ čo výskumníci skúmajú roje DNA robotov pre komplexné úlohy, podobné kolóniám hmyzu, reálne aplikácie sú stále na obzore, sľubujúc bezkonkurenčnú presnosť pri poskytovaní liekov, prínos pre výskum nanotechnológií a potenciál pre konštrukciu molekulárnych materiálov v rôznych odvetviach. .

Kontext molekulárnej robotiky

Výskumníkov z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Harvardskej univerzite zaujali ďalšie potenciálne prípady použitia DNA, ktorá sa môže zostaviť do rôznych tvarov, veľkostí a funkcií. Vyskúšali si robotiku. Tento objav bol možný, pretože DNA a roboty zdieľajú jednu vec – schopnosť byť naprogramovaný na konkrétny cieľ. V prípade robotov s nimi možno manipulovať prostredníctvom binárneho počítačového kódu av prípade DNA pomocou nukleotidových sekvencií. V roku 2016 ústav vytvoril iniciatívu Molecular Robotics Initiative, ktorá spojila odborníkov v oblasti robotiky, molekulárnej biológie a nanotechnológií. Vedci boli nadšení relatívnou nezávislosťou a flexibilitou molekúl, ktoré sa dokážu samy zostaviť a reagovať v reálnom čase na prostredie. Táto funkcia znamená, že tieto programovateľné molekuly možno použiť na vytváranie zariadení v nanoúrovni, ktoré môžu mať prípady použitia v rôznych odvetviach.

Molekulárnu robotiku umožňujú najnovšie objavy v genetickom výskume, najmä nástroj na úpravu génov CRISPR (zoskupené pravidelne rozmiestnené krátke palindromické opakovania). Tento nástroj dokáže podľa potreby čítať, upravovať a rezať reťazce DNA. Pomocou tejto technológie môžu byť molekuly DNA manipulované do ešte presnejších tvarov a charakteristík, vrátane biologických obvodov, ktoré dokážu odhaliť akékoľvek potenciálne ochorenie v bunke a automaticky ju zabiť alebo zastaviť rakovinu. Táto možnosť znamená, že molekulárne roboty môžu spôsobiť revolúciu vo vývoji liekov, diagnostike a liečbe. Wyss Institute robí s týmto projektom neuveriteľný pokrok a už založil dve komerčné spoločnosti: Ultivue pre vysoko presné zobrazovanie tkanív a NuProbe pre diagnostiku nukleových kyselín.

Rušivý vplyv

Jednou z hlavných výhod molekulárnej robotiky je, že tieto malé zariadenia môžu navzájom interagovať, aby dosiahli komplexnejšie ciele. Na základe podnetov z kolónií hmyzu, ako sú mravce a včely, výskumníci pracujú na vývoji rojov robotov, ktoré dokážu vytvárať zložité tvary a plniť úlohy vzájomnou komunikáciou prostredníctvom infračerveného svetla. Tento typ hybridu nanotechnológií, kde je možné rozšíriť limity DNA pomocou výpočtového výkonu robotov, by mohol mať niekoľko aplikácií vrátane efektívnejšieho ukladania údajov, ktoré môže viesť k nižším emisiám uhlíka.

V júli 2022 študenti z Emory University so sídlom v Gruzínsku vytvorili molekulárne roboty s motormi na báze DNA, ktoré sa môžu zámerne pohybovať konkrétnym smerom. Motory boli schopné zaznamenať chemické zmeny vo svojom prostredí a vedieť, kedy sa má zastaviť pohyb alebo prekalibrovať smer. Výskumníci uviedli, že tento objav je veľkým krokom k lekárskemu testovaniu a diagnostike, pretože rojové molekulárne roboty teraz dokážu komunikovať medzi motormi. Tento vývoj tiež znamená, že tieto roje môžu pomôcť kontrolovať chronické ochorenia, ako je cukrovka alebo hypertenzia. Aj keď výskum v tejto oblasti priniesol určité pokroky, väčšina vedcov súhlasí s tým, že rozsiahle aplikácie týchto malých robotov v reálnom svete sú ešte roky vzdialené.

Dôsledky molekulárnej robotiky

Širšie dôsledky molekulárnej robotiky môžu zahŕňať: 

• Presnejší výskum ľudských buniek vrátane schopnosti dodávať lieky do špecifických buniek.
• Zvýšené investície do výskumu nanotechnológií, najmä zo strany poskytovateľov zdravotnej starostlivosti a veľkých farmaceutických spoločností.
• Priemyselný sektor je schopný stavať zložité strojové časti a zásoby pomocou roja molekulárnych robotov.
• Zvýšený objav materiálov na molekulárnej báze, ktoré možno použiť na čokoľvek, od oblečenia až po konštrukčné diely.
• Nanoroboty, ktoré možno naprogramovať tak, aby menili svoje zložky a kyslosť v závislosti od toho, či sa od nich bude vyžadovať práca v organizmoch alebo mimo nich, čo z nich robí vysoko nákladovo efektívnych a flexibilných pracovníkov.

Otázky na komentár

• Aké sú ďalšie potenciálne výhody molekulárnych robotov v priemysle?
• Aké sú ďalšie potenciálne výhody molekulárnych robotov v biológii a zdravotníctve?