Лента TH Новости Биоинженерия



Когорта биороботов на страже твоего здоровья

∴ 241

Про создание нанороботов слышал каждый. Новое открытие на порядок усовершенствовало этих существ.

Construction Nano Technology Microscopic

Группа исследователей из Университета Хоккайдо и Университета Кансай разработала молекулярных роботов на основе ДНК. Роботы способны собираться в рой, реагируя на химические и физические сигналы. Данный шаг приближает создание полноценных нано-машин.

Самый маленький в мире «роевой-робот» имеет размеры 25 нанометров в диаметре и 5 мкм в длину. Его поведение аналогично поведению рыб, муравьёв и птиц.

Рой-роботы – один из самых неуловимых классов в робототехнике. Группы рыб, муравьиные колонии и птичьи стаи демонстрируют отличные качества, что достигаются благодаря работе отдельных особей. К ним относятся формирование сложных структур, четкое разделение труда, надежность и адаптивность. И всё это без присутствия лидера.Акира Какуго, участник исследовательской группы Университета Хоккайдо.

В настоящем исследовании Какуго и его сотрудники создали молекулярную систему, состоящую из трех основных компонентов: датчиков, процессоров и исполнительных механизмов. В качестве исполнительного механизма использовали клеточные белки, называемые микротрубочками и кинезинами, а ДНК играла роль информационного процессора. Микротрубочки представляют собой нитевидные белки, которые служат железными дорогами в системе клеточной транспортировки, тогда как кинезины являются моторными белками, которые движутся по железным дорогам, потребляя химическую энергию, полученную при гидролизе аденозинтрифосфата (АТФ).

Основной проблемой в робототехнике роя является создание большого числа отдельных роботов, способных к программированию на самосборку. Команда разобралась с этим, сумев заранее синтезированные молекулы ДНК с определенными программами, работающими на основе значений зеленых или красных флуоресцентных красителей.

Затем группа отслеживала и контролировала движение ДНК-роботов. Первоначально пять миллионов микротрубочек двигались без каких-либо взаимодействий друг с другом. Затем ученые добавили одноцепную ДНК (1-ДНК), запрограммированную на инициацию взаимодействий между микротрубочками. После введения 1-ДНК микротрубочки начали собираться и формировать рои. Когда была добавлена еще одна одноцепочечная ДНК (d-ДНК), запрограммированная на распределение ролей в роях, микророботы адеватно отреагировали и на эту команду. Это продемонстрировало, что распределение по роям большого количества микротрубочек можно эффективно регулировать благодаря ДНК-программированию.

Кроме того, ученые добавили в систему светочувствительный датчик, азобензол, присоединенный к молекулам ДНК. Ученые использовали изомеризацию азобензола, которая происходит в ответ на облучение видимого или ультрафиолетового света для включения или выключения взаимодействия молекул ДНК. Это позволило регулировать структуру и задачи роя. Команда также продемонстрировала, что рой движется с поступательным или вращательным движением в зависимости от жесткости микротрубочек.

Это первое доказательство того, что роевое поведение молекулярных роботов может быть запрограммировано с помощью ДНК-вычислений. Система работает как базовый компьютер, выполняя простые математические операции, такие как операции и/или. На основе этих функций мы можем строить системы развития искусственных мышц и диагностики генов, а также фабрики по созданию нано-машин.Акира Какуго, участник исследовательской группы Университета Хоккайдо.

Филипп Дончев