Forskare har skapat och observerat en molekylär robot som kan utföra många steg, och att fatta beslut var man ska kliva och hur länge man ska stanna. När roboten går på underlaget, den ändrar varje del genom att klyva bort en del. Om den vidrör en punkt som redan har kluvits, det dröjer inte så länge. Änden av banan lyser rött och fångar roboten, låta forskarna veta när den har avslutat sin promenad. Roboten lyser grönt, gör det möjligt för forskarna att se det bättre. Kredit:Zina Deretsky, Nationella vetenskapsfonden
Forskare från Columbia University, Arizona State University, University of Michigan och California Institute of Technology (Caltech) har skapat och programmerat robotar storleken på en enda molekyl som kan röra sig oberoende över ett spår i nanoskala. Denna utveckling, beskrivs i 13 maj-upplagan av tidskriften Natur , markerar en viktig framsteg inom de framväxande områdena molekylär databehandling och robotik, och en dag kan leda till molekylära robotar som kan fixa enskilda celler eller sätta ihop nanoteknologiska produkter.
Projektet leddes av Milan N. Stojanovic, en fakultetsmedlem i avdelningen för experimentell terapi vid Columbia University, som samarbetade med Erik Winfree, docent i datavetenskap vid Caltech, Hao Yan, professor i kemi och biokemi vid Arizona State University och expert på DNA -nanoteknik, och med Nils G. Walter, professor i kemi och chef för Single Molecule Analysis in Real-Time (SMART) Center vid University of Michigan i Ann Arbor. Deras arbete stöddes delvis av National Science Foundation.
Ordet "robot" får de flesta att tänka på fasta maskiner som använder datorkretsar för att utföra definierade jobb, som att dammsuga en matta eller svetsa ihop bilar. På senare år har forskare har arbetat med att skapa robotar som också på ett tillförlitligt sätt kan utföra användbara uppgifter, men på molekylär nivå. Detta är, naturligtvis, inte en enkel strävan, och det innebär omprogrammering av DNA-molekyler för att prestera på specifika sätt. "Kan du instruera en biomolekyl att röra sig och fungera på ett visst sätt - forskare i datavetenskapens gränssnitt, kemi, biologi och teknik försöker göra just det, " säger Mitra Basu, en programdirektör på NSF ansvarig för myndighetens stöd till denna forskning.
Det senaste arbetet med molekylär robotik har producerat så kallade DNA-walkers, eller strängar av omprogrammerat DNA med "ben" som gjorde att de kunde gå en kort stund. Nu har detta forskargrupp visat att dessa molekylära robotspindlar faktiskt kan röra sig autonomt genom en specialgjord, tvådimensionellt landskap. Spindlarna agerade på rudimentära robotiska sätt, visar att de kan starta rörelse, gå ett tag, vändning, och stannar.
Förutom att de är otroligt små - cirka 4 nanometer i diameter - rör sig vandrare också långsamt, täcker 100 nanometer i tider från 30 minuter till en hel timme genom att ta cirka 100 steg. Detta är en betydande förbättring jämfört med tidigare DNA-vandrare som bara kunde göra cirka tre steg.
Medan området för molekylär robotik fortfarande växer fram, det är möjligt att dessa små skapelser en dag kan ha viktiga medicinska tillämpningar. "Detta arbete en dag kan leda till effektiv kontroll av kroniska sjukdomar som diabetes eller cancer, " säger Basu.
Enligt Stojanovich, dessa praktiska tillämpningar är fortfarande många år borta, men han och hans kollegor hoppas kunna fortsätta sitt arbete till grunden för detta unga område. Stojanovich tror att deras framtida arbete också kommer att kräva omfattande samarbeten, var och en av dem tar med en specifik expertis till bordet, som var fallet i den forskning som publicerades idag. "Om du tar någon av oss med vår disciplinära expertis ur detta, " Stojanovic sa i en intervju "den här tidningen skulle ha kollapsat och aldrig bli vad den är nu."
