Новини

Сега са нужни минути за проектиране на ДНК „нанороботи“ вместо дни; Ето как

Някъде в не толкова далечното бъдеще, приемат изследователите, дребни ДНК-базирани роботи и други наноустройства ще пренасят лекарства в телата ни, ще разграничат наличието на смъртоносни микроорганизми и ще помогнат за изработването на все по-скромен хардуер. Учените се придвижиха към това бъдеще, като изградиха друг апарат, който може да планира значително по-объркани ДНК роботи и наноустройства, отколкото някога е било възможно преди за малка част от времето. Анализаторите са създали инструмент, който може да планира сложни ДНК роботи и наноустройства за минути, а не за дни.





В статия, разпространена днес в списанието Nature Materials, специалисти от Държавния университет в Охайо, ръководени от предишния докторант Чао-Мин Хуанг, разкриха ново програмиране, което наричат ​​MagicDNA. Продуктът помага на учените с подходи за планиране, за да вземат незначителни нишки от ДНК и да ги консолидират в сложни дизайни с части като ротори и шарнири, които могат да се движат и да завършат асортимент от начинания, включително транспортиране на лекарства. Едно предимство е, че позволява на анализаторите да направят целия план истински в 3-D. Апаратите от предходен план просто позволяваха създаване в 2-D, ограничавайки специалистите да планират своите прояви в 3-D. Това предполагаше, че архитектите не могат да направят своите устройства прекомерно умопомрачителни.

Продуктът допълнително позволява на модниците да изработват ДНК структури „база нагоре“ или „отгоре надолу“. В плана за „базиране“ учените вземат единични нишки от ДНК и заключават как да ги съберат в дизайна, от който се нуждаят, което позволява фин авторитет върху конструкцията и свойствата на близкото устройство. Въпреки това, те също могат да предприемат подход „отгоре надолу“, при който избират как трябва да се формира математически тяхното общо устройство и след това да роботизират как се сглобяват ДНК нишките. Консолидирането на двете взема предвид разширяването на сложността на общата математика, като същевременно запазва точната мощност върху свойствата на единичния сегмент. Друг жизненоважен компонент на продукта е, че позволява реконструкция на това как планираните ДНК устройства ще се движат и работят в действителност.



Продуктът помага на учените с подходи за планиране, за да вземат незначителни нишки от ДНК и да ги обединят в сложни дизайни с части като ротори и шарнири, които могат да се движат и да завършат набор от задачи, включително транспортиране на лекарства. Специалистите правят това от различни години с по-бавни устройства с монотонен ръчен напредък, каза Карлос Кастро, съсъздател на разследването и партньор, преподавател по механичен и аеронавтичен дизайн в щата Охайо.



Според Кастро, наноустройствата, които може да са отнели на учените няколко дни да планират преди, сега им отнемат само няколко минути. Освен това в момента учените могат да направят значително по-непредвидими – и ценни – наноустройства. Съавторът Hai-Jun Su, учител по механичен и авиационен дизайн в щата Охайо, казва, че поради предишен опит те са в състояние да произвеждат устройства с до около шест отделни сегмента и да ги свързват със стави и шарнири и да се опитват да ги накарат да се изпълняват сложни движения.

Освен това той добавя, че с помощта на този продукт не е трудно да се правят роботи или различни устройства с до 20 сегмента, които са много по-лесни за управление. Това е огромен напредък в способността им да планират наноустройства, които могат да изпълняват сложните дейности, каквито учените трябва да правят. Продуктът има набор от предимства, които ще помогнат на изследователите да планират по-добри, по-поддържащи наноустройства и – учените вярват – да съкратят времето, преди да бъдат в обикновена употреба.



Едно от предимствата е, че позволява на специалистите да направят целия план истински в 3D. Устройствата от предишен план просто позволяваха създаване в 2D, което принуждаваше специалистите да планират своите прояви в 3D. Това предполагаше, че създателите не могат да направят своите устройства прекомерно умопомрачителни. Консолидирането на двете взема предвид разширяващата се сложност на общата математика, като същевременно поддържа точна команда върху свойствата на единични сегменти, каза Кастро. Друг критичен компонент на продукта е, че позволява пресъздаване на това как планираните ДНК устройства ще се движат и работят в действителност.

Според това, което казва Кастро, колкото по-сложни са тези дизайни, толкова по-трудно е да се определи на какво ще приличат и как ще работят. Основно е да имате възможност да имитирате как устройствата наистина ще работят. В противен случай учените изгарят много време. Като демонстрация на капацитета на продукта, съ-създателят Анжелика Кучинич, докторант по субстанции и биомолекулярно проектиране в щата Охайо, накара анализаторите да направят и изобразят множество наноструктури, планирани от продукта.

Част от устройствата, които направиха, включваха ръце на роботи с лапи, които могат да получат по-скромни неща, и конструкция с размер 100 нанометра, която наподобява самолет („самолетът“ е многократно по-малък от ширината на човешка коса). Способността да се правят по-непредвидими наноустройства предполага, че те могат да постигнат по-ценни неща и дори да завършат различни начинания с едно устройство, каза Кастро.

Например, едно е да имаш ДНК робот, който след вливане в кръвоносната система може да разпознае конкретен микроб. Кастро каза, че очаква, че през следващите, не много години, програмирането на MagicDNA ще се използва в колежи и други изпитни лаборатории. Както и да е, използването му може да се разшири по-късно.

„Има възможност за все по-голям бизнес интерес към ДНК нанотехнологиите“, каза той. „Мисля, че през следващите пет до 10 години ще започнем да виждаме бизнес употреби на ДНК наноустройства и се надяваме, че този продукт може да помогне за стимулирането на това.“