Kunagi mitte nii kauges tulevikus nõustuvad teadlased, et väikesed DNA-põhised robotid ja muud nanoseadmed edastavad meie kehas ravimeid, eristavad surmavate mikroorganismide olemasolu ja aitavad toota järk-järgult tagasihoidlikumat riistvara. Teadlased liikusid selle tuleviku poole, ehitades üles teise aparaadi, mis suudab kavandada oluliselt segasemaid DNA-roboteid ja nanoseadmeid, kui väikese osa ajast varem mõeldav oli. Analüütikud on loonud instrumendi, mis suudab keerukaid DNA-roboteid ja nanoseadmeid planeerida pigem minutite kui päevadega.
Täna ajakirjas Nature Materials levitatud artiklis avalikustasid Ohio osariigi ülikooli spetsialistid, keda juhtis eelmine doktoriõppe doktorantuur Chao-Min Huang, uue programmeerimise, mida nad kutsuvad MagicDNA-ks. Toode aitab teadlastel kavandada väikeseid DNA ahelaid ja koondada need keerukateks osadeks, nagu rootorid ja pöörded, mis suudavad liigutada ja lõpetada mitmesuguseid ettevõtmisi, sealhulgas ravimite transporti. Üks eelis on see, et see võimaldab analüütikutel teha kogu plaani tõeliselt 3D-vormingus. Varasemad plaaniseadmed võimaldasid just 2-D-s loomist, sundides spetsialiste planeerima oma ilminguid 3-D-vormingusse. See viitas sellele, et arhitektid ei saanud oma seadmeid liiga mõtlemapanevaks muuta.
Lisaks võimaldab toode moeloojatel valmistada DNA struktuure 'alus üles' või 'ülalt alla'. 'Base up' plaanis võtavad teadlased DNA üksikud ahelad ja teevad järelduse, kuidas need vajalikuks kujunduseks kokku panna, mis võimaldab lähedal asuva seadme ehituse ja omaduste üle täpset võimu. Siiski võivad nad kasutada ka ülalt alla lähenemisviisi, kus nad valivad, kuidas nende üldine seade tuleks matemaatiliselt moodustada, ja seejärel robotiseerida, kuidas DNA ahelad kokku pannakse. Nende kahe ühendamisel võetakse arvesse üldise matemaatika keerukuse suurenemist, säilitades samal ajal täpse võimsuse ainsuse segmendi omaduste üle. Toote teine oluline komponent on see, et see võimaldab taasesitada seda, kuidas kavandatud DNA-seadmed tegelikkuses liiguvad ja töötavad.
Toode aitab teadlastel kavandada väikeseid DNA ahelaid ja liita need keerukateks osadeks, nagu rootorid ja pöörded, mis suudavad liigutada ja lõpetada erinevaid ülesandeid, sealhulgas ravimite transporti. Spetsialistid on seda mitu aastat teinud aeglasemate ja monotoonsete käsitsi edasiliikumisega seadmetega, ütles Carlos Castro, uurimise kaasautor ja Ohio osariigi mehaanilise ja lennundusdisaini partnerõpetaja.
Castro sõnul kulub nanoseadmetel, mille planeerimine teadlastel võis varem kuluda paar päeva, vaid paar minutit. Samuti suudavad teadlased praegu teha oluliselt ettearvamatumaid – ja väärtuslikumaid – nanoseadmeid. Kaaslooja Hai-Jun Su, Ohio osariigi mehaanika- ja lennundusdisaini õpetaja, ütleb, et tänu eelnevale kogemusele suudavad nad valmistada kuni kuue üksiku segmendiga seadmeid ning seostada need liigendite ja pöördetel ning panna neid tööle panema. keerulised liigutused.
Lisaks lisab ta, et selle toote abil ei ole keeruline valmistada roboteid või erinevaid seadmeid, millel on kuni 20 segmenti ja mida on palju lihtsam juhtida. See on hiiglaslik edasiminek nende suutlikkuses kavandada nanoseadmeid, mis suudavad läbi viia keerulisi tegevusi, mida teadlased vajavad. Tootel on mitmeid eeliseid, mis aitavad teadlastel planeerida paremaid ja toetavamaid nanoseadmeid ning – teadlased usaldavad – lühendada aega enne nende tavakasutusele võtmist.
Üks eelis on see, et see võimaldab spetsialistidel teha kogu plaani tõeliselt 3D-vormingus. Varasema plaaniga seadmed võimaldasid lihtsalt 2D-s loomist, mis sundis spetsialiste planeerima oma ilminguid 3D-sse. See viitas sellele, et algatajad ei saanud oma seadmeid liiga mõtlemapanevaks muuta. Nende kahe ühendamisel võetakse arvesse üldise matemaatika keerukuse suurenemist, säilitades samal ajal täpse käsu ainsuse segmendi omaduste üle, ütles Castro. Toote teine kriitiline komponent on see, et see võimaldab taasesitada, kuidas kavandatud DNA-seadmed tegelikkuses liiguvad ja töötavad.
Castro sõnul on seda keerulisem, mida keerulisem on need kujundused, välja selgitada, millega need sarnanevad ja kuidas need töötavad. Põhiline on võimalus jäljendada, kuidas seadmed tegelikult töötavad. Muidu põlevad teadlased läbi tonni aega. Toote võimsuse näitusena ajendas kaaslooja Anjelica Kucinic, Ohio osariigi substantsi ja biomolekulaarse disaini doktorant, analüütikuid looma ja kujutama paljusid tootega kavandatud nanostruktuure.
Osa nende valmistatud seadmeid sisaldasid käppadega robotkäsivarsi, millega saab kätte saada tagasihoidlikumaid asju, ja 100 nanomeetri suurust lennukit meenutavat konstruktsiooni (“tasapind” on mitu korda väiksem kui juuksekarva laius). Võime valmistada ettearvamatumaid nanoseadmeid tähendab, et need suudavad ühe seadmega teha väärtuslikumaid asju ja isegi erinevaid ettevõtmisi, ütles Castro.
Üks asi on näiteks DNA-robot, mis pärast vereringesse infusiooni tunneb ära konkreetse mikroobi. Castro ütles, et ta eeldab, et MagicDNA programmeerimist kasutatakse kolledžites ja teistes eksamilaborites järgmiste, mitte paljude aastate jooksul. Olgu kuidas on, selle kasutamine võib hiljem laieneda.
'On võimalus saada DNA nanotehnoloogia vastu üha enam ärihuvi,' ütles ta. 'Ma arvan, et järgmise viie kuni kümne aasta jooksul hakkame nägema DNA nanoseadmete ärikasutusi ja loodame, et see toode aitab seda juhtida.'