211service.com
DNA-robots in beweging
De precieze structuur en het vermogen om te binden met andere moleculen maakt DNA tot een aantrekkelijk steigermateriaal voor nanotech-onderzoekers. Wetenschappers hebben DNA al gebruikt om tweedimensionale patronen, driedimensionale objecten en eenvoudige vormveranderende apparaten te construeren. Nu hebben twee teams van onderzoekers afzonderlijk complexe programmeerbare machines gemaakt met behulp van DNA-moleculen.
DNA-assemblagelijn: Een atoomkrachtmicroscoopafbeelding toont gouden nanodeeltjes op een DNA-spoor.
Onderzoekers van Columbia University, Arizona State University en Caltech hebben een apparaat gemaakt dat een programmeerbaar pad volgt op een oppervlak met een DNA-patroon. Ondertussen hebben onderzoekers van de New York University, geleid door DNA-nanoarchitectuurpionier Ned Seeman , hebben meerdere DNA-apparaten gecombineerd om een lopende band te maken. Het nano-apparaat pikt gouden nanodeeltjes op terwijl het langs een oppervlak met DNA-patroon tuimelt.
De twee machines, beschreven in de . van vandaag Natuur journal, zijn een mogelijke stap voorwaarts in het maken van DNA-nanobots die kleine elektrische en mechanische apparaten kunnen assembleren. DNA-robots kunnen ook op nieuwe manieren moleculen samenstellen om nieuwe materialen te maken, zegt Lloyd Smith , een professor scheikunde aan de Universiteit van Wisconsin-Madison. Robots kunnen het vermogen hebben om een molecuul op een bepaalde manier te positioneren, zodat er een reactie plaatsvindt met een ander molecuul, wat misschien niet gebeurt als ze willekeurig in een oplossing botsen, zegt hij.
In het verleden hebben onderzoekers eenvoudige machines zoals pincetten en rollators gemaakt die ook van DNA zijn gemaakt. Pincet openen en sluiten door specifieke DNA-strengen aan de oplossing toe te voegen. Walkers zijn moleculen met bungelende strengen, of benen, die binden aan en loskomen van andere DNA-strengen die op een oppervlak zijn gevormd, en die in feite langs het oppervlak bewegen.
De nano-walker die aan de Columbia University is gemaakt, is een eiwitmolecuul dat is versierd met drie poten: enkelstrengs DNA-zymen, synthetische DNA-moleculen die als enzymen werken en een reactie katalyseren. De poten binden aan complementaire DNA-strengen op een oppervlak. Vervolgens katalyseren ze een reactie die een van de oppervlaktestrengen verkort, zodat de aanhechting aan het been zwakker wordt. Dat been laat los en gaat verder naar de volgende oppervlaktestreng.
De wandelaar volgt een spoor van strengen dat de onderzoekers aan de oppervlakte patroon. Het kan tot 50 stappen duren, vergeleken met de twee of drie stappen die eerdere wandelaars hebben gezet. Het stopt wanneer het een reeks tegenkomt die niet kan worden ingekort. We laten zien hoe we het gedrag van [de wandelaar] kunnen programmeren door het landschap te programmeren, zegt Milaan Stojanovic , een biomedisch ingenieur aan de Columbia University die de rollator heeft ontwikkeld. Het stelt ons in staat om na te denken over het toevoegen van meer complexiteit: meer dan één molecuul dat op elkaar inwerkt en meer gecompliceerde commando's aan de oppervlakte. Wat we uiteindelijk hopen te doen, is [nanobots gebruiken om] weefsels te repareren.
Seeman en zijn collega's van de New York University combineren drie verschillende DNA-componenten om een lopende band te maken. Ze hebben een DNA-pad, een rollator en een machine die een lading van een goudmolecuul kan afleveren of tegenhouden. De machine is een DNA-structuur die kan worden opgezet om een met gouden nanodeeltjes beladen streng in het pad van de wandelaar of er vanaf te plaatsen. De rollator heeft vier poten en drie enkelstrengs DNA-handjes die zich aan het goud kunnen binden.
De onderzoekers demonstreerden een systeem waarbij de rollator drie machines passeert, elk met een ander soort gouddeeltje. Elke machine kan worden ingesteld om zijn lading af te leveren of te bewaren, waardoor de rollator in totaal op acht verschillende manieren kan worden geladen, wat leidt tot acht verschillende producten.
De vorderingen vertegenwoordigen aanhoudend succes bij het maken van nano-apparaten met steeds complexere functies. [We] gaan van individuele entiteiten die iets interessants doen naar systemen van entiteiten die aan iets werken met een complexer gedrag en een complexere functie, zegt Smith.