Väl på science fiction-området, "nanobots" är närmare än någonsin att bli verklighet, med möjliga tillämpningar inom medicin, tillverkning, robotik och fluidik. I dag, forskare rapporterar framsteg i utvecklingen av de små maskinerna:De har tillverkat nanobotpumpar som förstör nervämnen, samtidigt som man administrerar ett motgift.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid det 256:e nationella mötet och utställningen av American Chemical Society (ACS).

Enligt Ayusman Sen, Ph.D., projektets huvudutredare, denna studie uppstod från mer allmän forskning som syftade till att göra nanobotar från enzymer. "Vi har tittat på hur man omvandlar kemisk energi till rörelse, " säger han. "Vi tar energin som genereras från katalytiska reaktioner för att orsaka enzymers rörelse."

För att göra sina nanobotar, Sen och hans grupp vid Pennsylvania State University använde enzymer som finns i naturen. Dessa är proteiner som hjälper specifika kemiska reaktioner att inträffa, omvandla en reaktant (råvara) till en produkt.

Insikten att enzymer kan röra sig när de katalyserar en reaktion är en relativt ny upptäckt. Tidigare, forskare trodde att dessa proteiner drev med i cellens cytoplasma genom passiv diffusion, möter deras reaktanter och andra enzymer genom mer eller mindre tillfälliga interaktioner. Dock, Sen och andra har nyligen visat att när enzymer katalyserar en reaktion, de flyttar. Forskare är fortfarande inte säkra på hur denna rörelse uppstår, men det innebär sannolikt en förändring av enzymets form vid katalys. Sens grupp har visat att dessa proteiner till och med kan simma längs en väg mot högre nivåer av reaktant. Dessa egenskaper gör enzymer till ett attraktivt material för att utveckla nanobotar.

"Om vi ​​tar enzymer och förankrar dem på en yta så att de inte kan röra sig, och vi ger dem deras reaktant, det slutar med att de pumpar vätskan som omger dem, Sen säger Sen. "Så de fungerar som miniatyrvätskepumpar som kan användas för en mängd olika applikationer." Han noterar att nanobotarna pumpar vätska med en hastighet av flera mikroliter - eller miljondelar av en liter - per sekund.

Sen och hans medarbetare tillverkade nanobotar för att neutralisera organofosfater, en klass av nervämnen. Exponering för dessa kemikalier under militära strider eller terroristattacker kan orsaka permanenta neurologiska skador, och i vissa fall, död. Ett enzym, kallas organofosforsyraanhydrolas, kan förstöra dessa nervämnen. Forskarna immobiliserade detta enzym på en gel som också innehöll ett motgift. Exponering för organofosfater aktiverar enzymet. "Enzymet pumpar aktivt in den organiska fosfatföreningen och förstör den, och samtidigt pumpar ut ett motgift, " säger Sen. Viktigt, systemet kräver ingen extern kraftkälla eftersom enzymet drivs av organofosfatreaktanten.

Nanobot-pumparna kan en dag införlivas i skyddskläder för militären eller första responders, säger Sen. Han undersöker också applikationer för nanobotar baserade på andra enzymer, till exempel, en insulinpumpande anordning för att behandla diabetes och ett enzymdrivet läkemedelsleveranssystem. Pennsylvania State University har lämnat in en patentansökan på den lovande nya tekniken. "Om du vill göra pumpar som pumpar mycket små mängder vätska på ett mycket exakt sätt, det här är ett sätt att göra det, " säger Sen.