Molekylär robotik: Dessa mikroskopiska robotar kan göra nästan vad som helst

• Författare:
• författarnamn

  Quantumrun Framsyn
• November 30, 2023

Insiktssammanfattning

Molecular robotics, en tvärvetenskaplig satsning på kopplingen mellan robotik, molekylärbiologi och nanoteknik, med Harvards Wyss Institute i spetsen, driver fram programmeringen av DNA-strängar till robotar som kan utföra komplicerade uppgifter på molekylär nivå. Med hjälp av CRISPR-genredigering kan dessa robotar revolutionera läkemedelsutveckling och diagnostik, med enheter som Ultivue och NuProbe som leder kommersiella satsningar. Medan forskare utforskar svärmar av DNA-robotar för komplexa uppgifter, som liknar insektskolonier, finns verkliga tillämpningar fortfarande vid horisonten, som lovar oöverträffad precision i medicinleverans, en välsignelse för nanoteknologisk forskning och potentialen för att konstruera molekylära material inom olika industrier .

Molekylär robotik sammanhang

Forskare vid Harvard Universitys Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering var intresserade av andra potentiella användningsfall av DNA, som kan sättas samman till olika former, storlekar och funktioner. De provade robotteknik. Denna upptäckt gjordes möjlig eftersom DNA och robotar delar en sak – förmågan att programmeras för ett specifikt mål. I robotarnas fall kan de manipuleras genom binär datorkod, och i DNA:s fall med nukleotidsekvenser. 2016 skapade institutet Molecular Robotics Initiative, som samlade experter inom robotik, molekylärbiologi och nanoteknik. Forskare var glada över det relativa oberoendet och flexibiliteten hos molekyler, som kan självmontera och reagera i realtid på miljön. Denna funktion innebär att dessa programmerbara molekyler kan användas för att skapa enheter i nanoskala som kan ha användningsfall inom olika branscher.

Molekylär robotik möjliggörs av de senaste genombrotten inom genetisk forskning, särskilt genredigeringsverktyget CRISPR (klustrade korta palindromiska upprepningar med regelbundet mellanrum). Detta verktyg kan läsa, redigera och klippa DNA-strängar efter behov. Med denna teknologi kan DNA-molekyler manipuleras till ännu mer exakta former och egenskaper, inklusive biologiska kretsar som kan upptäcka alla potentiella sjukdomar i en cell och automatiskt döda den eller stoppa den från att bli cancer. Denna möjlighet innebär att molekylära robotar kan revolutionera läkemedelsutveckling, diagnoser och terapier. Wyss Institute gör otroliga framsteg med detta projekt och har redan etablerat två kommersiella företag: Ultivue för högprecisionsvävnadsavbildning och NuProbe för nukleinsyradiagnostik.

Störande inverkan

En av de stora fördelarna med molekylär robotik är att dessa små enheter kan interagera med varandra för att uppnå mer komplexa mål. Forskare tar ledtrådar från kolonier av insekter som myror och bin och arbetar med att utveckla svärmar av robotar som kan bilda komplexa former och slutföra uppgifter genom att kommunicera med varandra genom infrarött ljus. Denna typ av nanoteknologihybrid, där gränserna för DNA kan utökas med robotars datorkraft, kan ha flera tillämpningar, inklusive effektivare datalagring som kan resultera i lägre koldioxidutsläpp.

I juli 2022 skapade studenter från Georgia-baserade Emory University molekylära robotar med DNA-baserade motorer som kan röra sig avsiktligt i en specifik riktning. Motorerna kunde känna av kemiska förändringar i sin miljö och veta när de skulle sluta röra sig eller omkalibrera riktningen. Forskarna sa att denna upptäckt är ett stort steg mot medicinsk testning och diagnostik eftersom svärmmolekylära robotar nu kan kommunicera motor-till-motor. Denna utveckling innebär också att dessa svärmar kan hjälpa till att kontrollera kroniska sjukdomar som diabetes eller högt blodtryck. Men även om forskning inom detta område har gett några framsteg, är de flesta forskare överens om att storskaliga tillämpningar av dessa små robotar fortfarande är år borta.

Implikationer av molekylär robotik

Vidare implikationer av molekylär robotik kan inkludera: 

• Mer exakt forskning om mänskliga celler, inklusive att kunna leverera läkemedel till specifika celler.
• Ökade investeringar i nanoteknologisk forskning, särskilt av vårdgivare och stora läkemedel.
• Industrisektorn kan bygga komplexa maskindelar och förnödenheter med hjälp av en svärm av molekylära robotar.
• Ökad upptäckt av molekylärt baserade material som kan appliceras på allt, från kläder till konstruktionsdelar.
• Nanorobotar som kan programmeras att ändra sina komponenter och surhetsgrad, beroende på om de kommer att behöva arbeta i organismer eller utanför, vilket gör dem mycket kostnadseffektiva och flexibla arbetare.

Frågor att kommentera

• Vilka är andra potentiella fördelar med molekylära robotar i industrin?
• Vilka är andra potentiella fördelar med molekylära robotar inom biologi och sjukvård?