Desain Alat Baru yang Kompleks DNA Robot dan Nanodevices

Salah satu area paling menjanjikan dalam bidang robotika melibatkan robot dan nanodevices berbasis DNA yang kecil, yang para ilmuwan percaya akan dapat mengirimkan obat yang ditargetkan dalam tubuh manusia. Mereka juga dapat digunakan untuk mendeteksi patogen dan memungkinkan pengembangan elektronik yang lebih kecil.

Percobaan terbaru dalam bidang ini dilakukan oleh peneliti dari Universitas Ohio yang mengembangkan alat baru yang memungkinkan desain robot dan nanodevices DNA yang jauh lebih kompleks daripada yang sebelumnya. Pada saat yang sama, sistem yang lebih kompleks ini dapat dikembangkan dalam waktu yang jauh lebih singkat.

Penelitian ini dipublikasikan bulan lalu di jurnal Nature Materials, dan dipimpin oleh mantan mahasiswa doktoral Chao-Min Huang.

Perangkat lunak baru, yang disebut MagicDNA, membantu peneliti merancang cara menggabungkan strand DNA kecil untuk menciptakan struktur yang kompleks dengan bagian seperti rotor dan engsel. Bagian-bagian ini dapat bergerak dan menyelesaikan berbagai tugas, seperti pengiriman obat.

Menurut Carlos Castro, co-penulis penelitian dan associate professor of mechanical and aerospace engineering di universitas, peneliti sebelumnya telah mengandalkan alat yang lebih lambat dan langkah manual untuk proses ini.

“Tapi sekarang, nanodevices yang mungkin membutuhkan beberapa hari untuk didesain sebelumnya sekarang dapat didesain dalam beberapa menit,” kata Castro.

Desain baru ini jauh lebih kompleks dan menciptakan nanodevices yang efisien.

Hai-Jun Su adalah co-penulis lain dan professor of mechanical and aerospace engineering di universitas.

“Sebelumnya, kita dapat membangun perangkat dengan hingga sekitar enam komponen individu dan menghubungkannya dengan sendi dan engsel dan mencoba membuatnya melakukan gerakan yang kompleks,” kata Su.

“Dengan perangkat lunak ini, tidak sulit untuk membuat robot atau perangkat lain dengan lebih dari 20 komponen yang jauh lebih mudah dikontrol. Ini adalah langkah besar dalam kemampuan kita untuk merancang nanodevices yang dapat melakukan tindakan yang kompleks yang kita inginkan.”

Peneliti berharap bahwa perangkat lunak ini tidak hanya akan menciptakan desain yang lebih baik dan nanodevices yang lebih berguna, tetapi juga akan mempercepat waktu ketika mereka akan menjadi alat sehari-hari.

Pendekatan baru ini memungkinkan peneliti untuk melakukan proses desain dalam 3D. Alat sebelumnya bekerja dalam 2D, yang berarti peneliti harus memetakan ciptaan mereka ke dalam 3D. Dengan melakukan ini, perangkat tersebut terbatas dalam kompleksitasnya.

Bottom Up atau Top Down

Aspek lain yang penting dari perangkat lunak ini adalah bahwa ia memungkinkan peneliti untuk menciptakan struktur DNA “bottom up” atau “top down.” Dengan yang pertama, peneliti mengatur strand DNA individu ke dalam struktur yang diinginkan, yang berarti mereka dapat memiliki kontrol yang halus atas struktur dan sifat perangkat lokal.

Dengan pendekatan “top down”, mereka dapat memutuskan bagaimana perangkat secara keseluruhan harus dibentuk secara geometris, dan mereka dapat mengautomasi pengorganisasian strand DNA. Dengan menggabungkan kedua teknik ini, geometri secara keseluruhan dapat menjadi lebih kompleks sementara masih mempertahankan kontrol yang presisi atas sifat komponen individu.

Perangkat lunak ini juga memungkinkan peneliti untuk mensimulasikan bagaimana perangkat DNA yang dirancang akan beroperasi di dunia nyata.

“Ketika kita membuat struktur ini lebih kompleks, sulit untuk memprediksi secara tepat apa yang mereka akan lakukan dan bagaimana mereka akan berperilaku,” kata Castro.

“Sangat penting untuk dapat mensimulasikan bagaimana perangkat kita akan beroperasi. Jika tidak, kita akan membuang banyak waktu.”

Menciptakan Nanostruktur

Anjelica Kucinic adalah co-penulis dan mahasiswa doktoral di bidang teknik kimia dan biomolekuler di Ohio State. Kucinic memimpin tim peneliti dalam membuat dan mengkarakterisasi nanostruktur yang dirancang oleh perangkat lunak.

Perangkat yang dibuat oleh tim ini termasuk lengan robot dengan cakar, dan struktur sebesar 100 nanometer yang terlihat seperti pesawat. Yang terakhir ini 1000 kali lebih kecil dari lebar satu rambut manusia.

Perangkat ini dapat memiliki implikasi besar dalam perawatan kesehatan.

“Perangkat yang lebih kompleks mungkin tidak hanya mendeteksi bahwa sesuatu yang buruk terjadi, tetapi juga dapat bereaksi dengan melepaskan obat atau menangkap patogen,” kata Castro

“Kita ingin dapat merancang robot yang merespon dalam cara tertentu terhadap stimulus atau bergerak dalam cara tertentu.”

“Saat ini, ada minat komersial yang semakin besar dalam teknologi nanodna,” lanjutnya. “Saya pikir dalam lima hingga 10 tahun ke depan, kita akan mulai melihat aplikasi komersial dari perangkat nanodna dan kita optimis bahwa perangkat lunak ini dapat membantu mendorong hal itu.”