새로운 도구, 복잡한 DNA 로봇과 나노 기기 설계

로봇 분야에서 가장 유망한 분야 중 하나는 DNA 기반의 작은 로봇과 나노 기기로, 과학자들은 이들이 궁극적으로 인체에서 타겟 약물을 전달할 수 있을 것이라고 믿고 있습니다. 또한 병원체를 감지하고 더 작은 전자 제품의 개발로 이어질 수 있습니다.

이 분야에서 최근의 발전은 오하이오 주립 대학교의 연구자들이 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 복잡한 DNA 로봇과 나노 기기를 설계할 수 있는 새로운 도구를 개발했을 때 이루어졌습니다.同時에, 이러한 더 복잡한 시스템은 이전보다 훨씬 짧은 시간에 개발될 수 있습니다.

이 연구는 지난 달에 네이처 머터리얼스 저널에 발표되었으며, 이전 공학 박사 과정 학생인 차오민 황이 이끌었습니다.

새로운 소프트웨어인 MagicDNA는 연구자들이 작은 DNA 가닥을 결합하여 회전축과 힌지와 같은 부품이 있는 복잡한 구조를 만드는 방법을 설계하는 데 도움이 됩니다. 이러한 부품은 움직이고 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.

오하이오 주립 대학교의 기계 및 항공 우주 공학부 조교수인 카를로스 카스트로에 따르면, 연구자들은 이러한 과정에서 더 느린 도구와 수동 단계에 의존해 왔습니다.

“하지만 지금, 이전에 수일이 걸렸던 나노 기기는 이제 몇 분만에 설계할 수 있습니다.” 카스트로가 말했다.

새로운 설계는 훨씬 더 복잡하며, 효율적인 나노 기기를 만듭니다.

하이준 수는 또 다른 공동 저자이자 오하이오 주립 대학교의 기계 및 항공 우주 공학부 교수입니다.

“이전에는 6개의 개별 부품으로 기기를 만들고, 관절과 힌지로 연결하여 복잡한 동작을 수행하도록 시도했습니다.” 수는 말했다.

“이 소프트웨어로, 20개 이상의 부품으로 로봇이나 다른 기기를 만들고, 훨씬 더 쉽게 제어할 수 있습니다. 우리가 원하는 복잡한 동작을 수행할 수 있는 나노 기기를 설계하는 능력에서 큰 발전입니다.”

연구자들은 이 소프트웨어가 더 나은 설계와 더 유용한 나노 기기를 만들 뿐만 아니라, 이러한 기기가 일상적인 도구가 되는 시간을 단축할 것이라고希望합니다.

新的 접근 방식은 연구자들이 3D에서 설계 프로세스를 수행할 수 있도록 합니다. 이전 도구는 2D에서 작동했으며, 연구자들은 3D로 매핑해야 했습니다. 이를 통해 기기의 복잡성이 제한되었습니다.

하향식 또는 상향식

소프트웨어의 또 다른 중요한 측면은 연구자들이 DNA 구조를 “하향식” 또는 “상향식”으로 만들 수 있다는 것입니다. 전자는 연구자들이 개별 DNA 가닥을 원하는 구조로 조직화하는 것을 의미하며, 후자는 전체 기기의 형상을 결정하고 DNA 가닥을 자동으로 조직화할 수 있습니다. 두 기술을 결합하면 전체 기하학이 더 복잡해질 수 있으며, 동시에 개별 부품의 속성을 정밀하게 제어할 수 있습니다.

소프트웨어는 또한 연구자들이 실제 세계에서 설계된 DNA 기기가 어떻게 작동할지 시뮬레이션할 수 있도록 합니다.

“이 구조를 더 복잡하게 만들면, 정확히 어떻게 보일지와 어떻게 작동할지 예측하기가 어렵습니다.” 카스트로가 말했다.

“실제로 작동할 기기를 시뮬레이션할 수 있어야 합니다. 그렇지 않으면 많은 시간을浪費합니다.”

나노 구조 생성

안젤리카 쿠치닉은 공동 저자이자 오하이오 주립 대학교의 화학 및 생물공학 박사 과정 학생입니다. 쿠치닉은 소프트웨어로 설계된 나노 구조를 만들고 특성화하는 연구 팀을 이끌었습니다.

팀이 만든 기기는 로봇 팔과 클로, 그리고 한 개의 인간 머리카락 너비보다 1000배 작은 비행기 모양의 100나노미터 크기의 구조체를 포함했습니다.

이러한 기기는 의료 분야에서 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

“더 복잡한 기기는 단순히 나쁜 일이 발생했다는 것을 감지하는 것뿐만 아니라, 약물을 방출하거나 병원체를 포착할 수 있습니다.” 카스트로가 말했다.

“우리는 특정 자극에 반응하거나 특정 방식으로 움직이는 로봇을 설계하고 싶습니다.”

“DNA 나노 기술에 대한 상업적인 관심이 점점 더 많아지고 있습니다. 다음 5년에서 10년 내에 DNA 나노 기기의 상업적 응용이 나타나기 시작할 것이라고 생각하며, 이 소프트웨어가 이를 주도하는 데 도움이 될 것이라고 낙관적입니다.”