211service.com
DNA-robotter på vej
Dens præcise struktur og evne til at binde med andre molekyler gør DNA til et attraktivt stilladsmateriale for nanoteknologiske forskere. Forskere har allerede brugt DNA til at konstruere todimensionelle mønstre, tredimensionelle objekter og simple formændrende enheder. Nu har to hold af forskere hver for sig lavet komplekse programmerbare maskiner ved hjælp af DNA-molekyler.
DNA samlebånd: Et atomkraftmikroskopbillede viser guldnanopartikler på et DNA-spor.
Forskere fra Columbia University, Arizona State University og Caltech har lavet en enhed, der følger en programmerbar sti på en overflade mønstret med DNA. I mellemtiden, forskere fra New York University, ledet af DNA nanoarkitektur pioner Ned Seeman , har kombineret flere DNA-enheder for at lave et samlebånd. Nanoudstyret opfanger guld-nanopartikler, mens det vælter langs en DNA-mønstret overflade.
De to maskiner, beskrevet i dagens Natur journal, er et muligt skridt fremad i at lave DNA-nanobots, der kunne samle bittesmå elektriske og mekaniske enheder. DNA-robotter kunne også sammensætte molekyler på nye måder for at lave nye materialer, siger Lloyd Smith , en kemiprofessor ved University of Wisconsin-Madison. Robotter har måske evnen til at placere et molekyle på en bestemt måde, så der sker en reaktion med et andet molekyle, som måske ikke sker, hvis de tilfældigt kolliderer i opløsning, siger han.
Tidligere har forskere lavet simple maskiner som pincet og rollatorer, der også er blevet lavet ud fra DNA. Pincet åbner og lukker ved at tilføje specifikke DNA-strenge til opløsningen. Walkers er molekyler med dinglende tråde eller ben, der binder og løsner sig fra andre DNA-strenge mønstret på en overflade, og som faktisk bevæger sig langs overfladen.
Nano walker lavet på Columbia University er et proteinmolekyle dekoreret med tre ben – enkeltstrengede DNAzymer, syntetiske DNA-molekyler, der fungerer som enzymer og katalyserer en reaktion. Benene binder til komplementære DNA-strenge på en overflade. Så katalyserer de en reaktion, der forkorter en af overfladestrengene, så dens fastgørelse til benet bliver svagere. Det ben giver slip og går videre til den næste overfladestreng.
Rollatoren følger et spor af tråde, som forskerne mønstrer på overfladen. Det kan tage op til 50 skridt - sammenlignet med de to eller tre skridt, som tidligere vandrere har taget. Den stopper, når den støder på en sekvens, der ikke kan forkortes. Vi viser, hvordan man programmerer [vandrerens] adfærd ved at programmere landskabet, siger Milan Stojanovic , en biomedicinsk ingeniør ved Columbia University, der udviklede rollatoren. Det sætter os i stand til at tænke på at tilføje yderligere kompleksitet: mere end et molekyle interagerer og mere komplicerede kommandoer på overfladen. Det, vi håber at gøre til sidst, er at være i stand til at [bruge nanobots til] at reparere væv.
Seeman og hans kolleger ved New York University kombinerer tre forskellige DNA-komponenter for at lave et samlebånd. De har DNA-sti, en rollator og en maskine, der kan levere eller holde en last af et guldmolekyle tilbage. Maskinen er en DNA-struktur, der kan sættes op til enten at sætte en guld nanopartikel-ladet streng i vandrerens vej eller væk fra den. Rollatoren har fire ben og tre enkeltstrengede DNA-hænder, der kan binde sig til guldet.
Forskerne demonstrerede et system, hvor rollatoren passerer tre maskiner, der hver bærer en anden type guldpartikel. Hver maskine kan sættes op til enten at levere sin last eller beholde den, hvilket giver i alt otte forskellige måder, hvorpå rollatoren kan læsses, hvilket fører til otte forskellige produkter.
Fremskridtene repræsenterer fortsat succes med at skabe nano-enheder med stadig mere komplekse funktioner. [Vi] bevæger os fra individuelle entiteter, der gør noget interessant, til systemer af entiteter, der arbejder på noget med en mere kompleks adfærd og funktion, siger Smith.