नया टूल जटिल डीएनए रोबोट और नैनोडिवाइस डिजाइन करता है

रोबोटिक्स क्षेत्र के सबसे आशाजनक क्षेत्रों में से एक में छोटे डीएनए-आधारित रोबोट और नैनोडिवाइस शामिल हैं, जो वैज्ञानिकों का मानना ​​​​है कि अंततः मानव शरीर में लक्षित दवा पहुंचाने में सक्षम होंगे। उनका उपयोग रोगजनकों का पता लगाने और छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास के लिए भी किया जा सकता है।

इस क्षेत्र में हालिया प्रगति तब हुई जब ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक नया उपकरण विकसित किया जो पहले की तुलना में कहीं अधिक जटिल डीएनए रोबोट और नैनोडिवाइस के डिजाइन को सक्षम बनाता है। साथ ही, इन अधिक जटिल प्रणालियों को समय के एक अंश में ही विकसित किया जा सकता है। 

यह शोध पिछले महीने जर्नल में प्रकाशित हुआ था प्रकृति सामग्री, और इसका नेतृत्व पूर्व इंजीनियरिंग डॉक्टरेट छात्र चाओ-मिन हुआंग ने किया था। 

मैजिकडीएनए नामक नया सॉफ्टवेयर शोधकर्ताओं को रोटर्स और हिंज जैसे भागों के साथ जटिल संरचनाएं बनाने के लिए डीएनए के छोटे तारों को संयोजित करने के तरीके डिजाइन करने में मदद करता है। ये हिस्से चल सकते हैं और दवा वितरण जैसे विभिन्न कार्यों को पूरा कर सकते हैं। 

शोध के सह-लेखक और विश्वविद्यालय में मैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर कार्लोस कास्त्रो के अनुसार, शोधकर्ताओं ने पारंपरिक रूप से इन प्रक्रियाओं के लिए धीमे उपकरणों और मैन्युअल चरणों पर भरोसा किया है।

कास्त्रो ने कहा, "लेकिन अब, जिन नैनोडिवाइसों को डिजाइन करने में हमें कई दिन लग गए होंगे, अब उन्हें केवल कुछ ही मिनट लगेंगे।"

ये नए डिज़ाइन कहीं अधिक जटिल हैं और कुशल नैनोडिवाइस बनाते हैं।

हाई-जून सु एक अन्य सह-लेखक और विश्वविद्यालय में मैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग के प्रोफेसर हैं। 

"पहले, हम लगभग छह अलग-अलग घटकों के साथ उपकरण बना सकते थे और उन्हें जोड़ों और टिकाओं से जोड़ सकते थे और उन्हें जटिल गतियों को निष्पादित करने का प्रयास कर सकते थे," सु ने कहा।

“इस सॉफ़्टवेयर के साथ, 20 से अधिक घटकों वाले रोबोट या अन्य उपकरण बनाना कठिन नहीं है जिन्हें नियंत्रित करना बहुत आसान है। यह नैनोडिवाइसेस को डिज़ाइन करने की हमारी क्षमता में एक बड़ा कदम है जो उन जटिल कार्यों को निष्पादित कर सकता है जो हम उनसे करना चाहते हैं।

शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि सॉफ्टवेयर न केवल बेहतर डिजाइन और अधिक उपयोगी नैनोडिवाइस तैयार करेगा, बल्कि यह उस समय सीमा को भी तेज करेगा जब वे रोजमर्रा के उपकरण बन जाएंगे। 

नया दृष्टिकोण शोधकर्ताओं को 3डी में डिजाइन प्रक्रिया को पूरा करने में सक्षम बनाता है। पहले के उपकरण 2डी में काम करते थे, जिसका मतलब था कि शोधकर्ताओं को रचनाओं को 3डी में मैप करना होता था। ऐसा करने से, उपकरणों की जटिलता सीमित हो गई। 

नीचे से ऊपर या ऊपर से नीचे

सॉफ़्टवेयर का एक अन्य महत्वपूर्ण पहलू यह है कि यह शोधकर्ताओं को डीएनए संरचनाएं "नीचे से ऊपर" या "ऊपर से नीचे" बनाने में सक्षम बनाता है। पूर्व के साथ, शोधकर्ता डीएनए के अलग-अलग स्ट्रैंड को वांछित संरचना में व्यवस्थित करते हैं, जिसका अर्थ है कि वे स्थानीय डिवाइस संरचना और गुणों पर अच्छा नियंत्रण रख सकते हैं। 

"ऊपर से नीचे" दृष्टिकोण के साथ, वे तय कर सकते हैं कि समग्र उपकरण को ज्यामितीय रूप से कैसे आकार दिया जाना चाहिए, और फिर वे डीएनए स्ट्रैंड के संगठन को स्वचालित कर सकते हैं। दो तकनीकों के संयोजन से, व्यक्तिगत घटक गुणों पर सटीक नियंत्रण बनाए रखते हुए समग्र ज्यामिति अधिक जटिल हो सकती है। 

सॉफ्टवेयर शोधकर्ताओं को यह अनुकरण करने की भी अनुमति देता है कि डिज़ाइन किए गए डीएनए उपकरण वास्तविक दुनिया में कैसे काम करेंगे। 

कास्त्रो ने कहा, "जैसा कि आप इन संरचनाओं को और अधिक जटिल बनाते हैं, यह अनुमान लगाना मुश्किल है कि वे कैसे दिखेंगे और कैसे व्यवहार करेंगे।"

“यह अनुकरण करने में सक्षम होना महत्वपूर्ण है कि हमारे उपकरण वास्तव में कैसे काम करेंगे। अन्यथा, हम बहुत समय बर्बाद करते हैं।”

नैनोस्ट्रक्चर का निर्माण

अंजेलिका कुसिनिक ओहियो राज्य में केमिकल और बायोमोलेक्युलर इंजीनियरिंग में सह-लेखिका और डॉक्टरेट छात्रा हैं। कुसिनिक ने सॉफ्टवेयर द्वारा डिज़ाइन किए गए नैनोस्ट्रक्चर को बनाने और चित्रित करने में शोधकर्ताओं की टीम का नेतृत्व किया।

टीम द्वारा बनाए गए उपकरणों में पंजे वाले रोबोट हथियार और हवाई जहाज की तरह दिखने वाली सौ नैनोमीटर आकार की संरचना शामिल थी। उत्तरार्द्ध एक मानव बाल की चौड़ाई से 1000 गुना छोटा है। 

ये उपकरण स्वास्थ्य सेवा में बड़े प्रभाव डालने वाले साबित हो सकते हैं। 

कास्त्रो ने कहा, "एक अधिक जटिल उपकरण न केवल यह पता लगा सकता है कि कुछ बुरा हो रहा है, बल्कि दवा जारी करके या रोगज़नक़ को पकड़कर प्रतिक्रिया भी कर सकता है।"

"हम ऐसे रोबोट डिज़ाइन करने में सक्षम होना चाहते हैं जो उत्तेजना के प्रति एक विशेष तरीके से प्रतिक्रिया करते हैं या एक निश्चित तरीके से आगे बढ़ते हैं।"

उन्होंने आगे कहा, "डीएनए नैनोटेक्नोलॉजी में व्यावसायिक रुचि बढ़ती जा रही है।" "मुझे लगता है कि अगले पांच से 10 वर्षों में हम डीएनए नैनोडेविसेस के व्यावसायिक अनुप्रयोगों को देखना शुरू कर देंगे और हम आशावादी हैं कि यह सॉफ्टवेयर इसमें मदद कर सकता है।"