Det tager nu kun minutter at designe DNA 'Nanorobots' i stedet for dage; Her er hvordan

Engang i en ikke så fjern fremtid accepterer forskere, at små DNA-baserede robotter og andre nanoenheder vil formidle medicin inde i vores kroppe, skelne tilstedeværelsen af ​​dødelige mikroorganismer og hjælpe med at fremstille gradvist mere beskedent hardware. Forskere bevægede sig mod den fremtid ved at opbygge et andet apparat, der kan planlægge væsentligt mere forvirrende DNA-robotter og nanoenheder, end det nogensinde var muligt før i en lille del af tiden. Analytikere har bygget et instrument op, der kan planlægge komplekse DNA-robotter og nanoenheder på få minutter i stedet for dage.

I et papir, der er distribueret i dag i tidsskriftet Nature Materials, afslørede specialister fra Ohio State University - drevet af det tidligere designdoktorale studie Chao-Min Huang - ny programmering, de kalder MagicDNA. Produktet hjælper videnskabsmænd med planlægningstilgange til at tage små DNA-strenge og konsolidere dem til komplekse designs med dele som rotorer og pivotter, der kan flytte og afslutte et udvalg af opgaver, herunder lægemiddeltransport. En fordel er, at det giver analytikere mulighed for at lave hele planen ægte i 3D. Tidligere planapparater tillod netop oprettelse i 2-D, hvilket begrænsede specialister til at planlægge deres manifestationer til 3-D. Det antydede, at arkitekter ikke kunne gøre deres enheder overdrevent overvældende.

Produktet tillader desuden modeskabere at fremstille DNA-strukturer 'base up' eller 'top-down'. I 'base up'-planen tager videnskabsmænd enkeltstående DNA-strenge og konkluderer, hvordan de sammensætter dem til det design, de har brug for, hvilket tillader fin autoritet over nærliggende enhedskonstruktion og egenskaber. De kan dog også tage en 'top-down' tilgang, hvor de vælger, hvordan deres generelle enhed skal dannes matematisk og bagefter robotisere, hvordan DNA-strengene samles. Konsolidering af de to tager højde for udvidelse af kompleksiteten af ​​den generelle matematik, mens den bevarer den nøjagtige magt over egenskaber med enkeltsegmenter. En anden vigtig komponent i produktet er, at det tillader genskabelser af, hvordan planlagte DNA-enheder ville bevæge sig og fungere i virkeligheden.



Produktet hjælper videnskabsmænd med planlægningstilgange til at tage små DNA-strenge og forbinde dem til komplekse designs med dele som rotorer og pivoter, der kan bevæge sig og afslutte en række opgaver, herunder lægemiddeltransport. Specialister har gjort dette i flere år med mere langsomme enheder med monotone manuelle fremskridt, sagde Carlos Castro, medskaber af undersøgelsen og partnerlærer i mekanisk og aeronautisk design ved Ohio State.

Ifølge Castro tager nanoenheder, som måske har taget forskerne et par dage at planlægge, dem nu kun et par minutter. Ligeledes kan forskere i øjeblikket lave betydeligt mere uforudsigelige – og værdifulde – nanoenheder. Medskaber Hai-Jun Su, lærer i mekanisk design og luftfartsdesign ved Ohio State siger, at de på grund af tidligere erfaring er i stand til at fremstille enheder med op til omkring seks individuelle segmenter og forbinde dem med led og drejeled og forsøge at få dem til at udføre komplekse bevægelser.

Han tilføjer endvidere, at ved hjælp af dette produkt er det ikke svært at lave robotter eller forskellige enheder med så mange som 20 segmenter, som er meget nemmere at kontrollere. Det er et gigantisk fremskridt i deres kapacitet til at planlægge nanoenheder, der kan spille de indviklede aktiviteter, uanset hvad forskerne har brug for dem til at gøre. Produktet har en række fordele, der vil hjælpe forskere med at planlægge bedre, mere understøttende nanoenheder og – forskerne stoler på – at forkorte tiden, før de er i almindelig brug.

En fordel er, at det giver specialister mulighed for at lave hele planen ægte i 3D. Tidligere planenheder tillod netop oprettelse i 2D, hvilket begrænsede specialister til at planlægge deres manifestationer til 3D. At underforståede ophavsmænd ikke kunne gøre deres enheder overdrevent overvældende. Konsolidering af de to tager højde for udvidelsen af ​​den generelle matematiks forviklinger, samtidig med at den nøjagtige kommando over egenskaber for enestående segmenter bevares, sagde Castro. En anden kritisk komponent i produktet er, at det tillader genskabelser af, hvordan planlagte DNA-enheder ville bevæge sig og fungere i virkeligheden.

I henhold til hvad Castro siger, jo mere indviklet disse designs er lavet, desto sværere bliver det at finde ud af, hvad de vil ligne, og hvordan de vil fungere. Det er grundlæggende at have mulighed for at efterligne, hvordan enhederne virkelig vil fungere. Ellers brænder forskerne igennem et væld af tid. Som en udstilling af produktets kapacitet drev medskaberen Anjelica Kucinic, en doktorgradsstuderende i stof- og biomolekylært design ved Ohio State, analytikerne i at lave og portrættere adskillige nanostrukturer, der var planlagt af produktet.

En del af de enheder, de lavede, inkluderede robotarme med poter, der kan få mere beskedne ting, og en konstruktion på 100 nanometer, der ligner et fly ('Flyet' er flere gange mindre end bredden af ​​et menneskehår). Kapaciteten til at lave mere uforudsigelige nanoenheder indebærer, at de kan udrette mere værdifulde ting og endda fuldføre forskellige opgaver med én enhed, sagde Castro.

For eksempel er det én ting at have en DNA-robot, der efter infusion i kredsløbet kan genkende en bestemt mikrobe. Castro sagde, at han forventer, at i de følgende, ikke mange år, vil MagicDNA-programmeringen blive brugt på colleges og andre eksamenslaboratorier. Hvorom alting er, kan dens udnyttelse forlænges senere.

'Der er mulighed for at blive stadig mere forretningsinteresseret i DNA-nanoteknologi,' sagde han. 'Jeg tror, ​​at vi i løbet af de følgende fem til 10 år vil begynde at se forretningsbrug af DNA-nanoenheder, og vi håber på, at dette produkt kan hjælpe med at drive det.'