211service.com
Roboty DNA w ruchu
Jego precyzyjna struktura i zdolność do wiązania się z innymi cząsteczkami sprawia, że DNA jest atrakcyjnym materiałem szkieletowym dla naukowców zajmujących się nanotechnologią. Naukowcy wykorzystali już DNA do konstruowania dwuwymiarowych wzorów, trójwymiarowych obiektów i prostych urządzeń zmieniających kształt. Teraz dwa zespoły badaczy oddzielnie stworzyły złożone, programowalne maszyny przy użyciu cząsteczek DNA.
Linia montażowa DNA: Obraz z mikroskopu sił atomowych pokazuje nanocząsteczki złota na ścieżce DNA.
Naukowcy z Columbia University, Arizona State University i Caltech stworzyli urządzenie, które podąża programowalną ścieżką na powierzchni wzorowanej DNA. Tymczasem naukowcy z New York University, kierowani przez pioniera nanoarchitektury DNA Neda Seemana , połączyli wiele urządzeń DNA, aby stworzyć linię montażową. Nanourządzenie zbiera nanocząsteczki złota, gdy przesuwa się po powierzchni z wzorem DNA.
Dwie maszyny opisane w dzisiejszym Natura to możliwy krok naprzód w tworzeniu nanobotów DNA, które mogłyby składać maleńkie urządzenia elektryczne i mechaniczne. Roboty DNA mogą również łączyć molekuły na nowe sposoby, aby tworzyć nowe materiały Lloyd Smith , profesor chemii na Uniwersytecie Wisconsin-Madison. Roboty mogą mieć zdolność do pozycjonowania jednej cząsteczki w określony sposób, tak aby reakcja zachodziła z inną cząsteczką, co może nie nastąpić, jeśli losowo zderzą się w roztworze.
W przeszłości naukowcy stworzyli proste maszyny, takie jak pęsety i chodziki, które również zostały ukształtowane z DNA. Pęsety otwierają się i zamykają, dodając do roztworu określone nici DNA. Chodziki to cząsteczki z wiszącymi pasmami lub nogami, które wiążą się i odłączają od innych pasm DNA ułożonych na powierzchni, w efekcie poruszając się po powierzchni.
Nanowalker wyprodukowany na Uniwersytecie Columbia to cząsteczka białka ozdobiona trójnożnymi jednoniciowymi DNAzymami, syntetycznymi cząsteczkami DNA, które działają jak enzymy i katalizują reakcję. Nogi łączą się z komplementarnymi nićmi DNA na powierzchni. Następnie katalizują reakcję, która skraca jedno z pasm powierzchniowych, przez co jego przyczepność do nogi staje się słabsza. Ta noga puszcza i przechodzi do następnego pasma powierzchniowego.
Piechur podąża śladem pasm, które naukowcy układają na powierzchni. Może zająć do 50 kroków – w porównaniu z dwoma lub trzema krokami, które robili poprzedni spacerowicze. Zatrzymuje się, gdy napotka sekwencję, której nie można skrócić. Pokazujemy, jak zaprogramować zachowanie [chodnika] poprzez programowanie krajobrazu, mówi Milan Stojanovic , inżynier biomedyczny z Uniwersytetu Columbia, który opracował chodzik. Pozwala nam myśleć o dodaniu większej złożoności: interakcji więcej niż jednej cząsteczki i bardziej skomplikowanych poleceń na powierzchni. Mamy nadzieję, że w końcu będziemy w stanie [używać nanobotów do] naprawy tkanek.
Seeman i jego koledzy z New York University łączą trzy różne komponenty DNA, aby stworzyć linię montażową. Mają ścieżkę DNA, chodzik i maszynę, która może dostarczyć lub zatrzymać ładunek cząsteczki złota. Maszyna jest strukturą DNA, którą można ustawić tak, aby umieścić na ścieżce spacerowicza złotą nitkę nanocząstek lub z dala od niej. Chodzik ma cztery nogi i trzy jednoniciowe ręce DNA, które mogą wiązać się ze złotem.
Naukowcy zademonstrowali system, w którym chodzik mija trzy maszyny, z których każda przenosi inny rodzaj cząstek złota. Każdą maszynę można skonfigurować tak, aby dostarczała swój ładunek lub go zatrzymała, co daje w sumie osiem różnych sposobów załadunku wytrząsacza, co prowadzi do ośmiu różnych produktów.
Postępy reprezentują ciągły sukces w tworzeniu nanourządzeń o coraz bardziej złożonych funkcjach. [Przechodzimy] od pojedynczych jednostek, które robią coś interesującego, do systemów jednostek pracujących nad czymś o bardziej złożonym zachowaniu i funkcji, mówi Smith.