새로운 도구, 복잡한 DNA 로봇과 나노 장치 설계

로봇 분야에서 가장 유망한 분야 중 하나는 과학자들이 궁극적으로 인체에서 표적 의약품을 전달할 수 있을 것으로 믿는 작은 DNA 기반 로봇과 나노 장치입니다. 또한 병원체를 감지하고 더 작은 전자 장치의 개발로 이어질 수 있습니다.

이 분야에서 최근의 발전은 연구자들이 더 복잡한 DNA 로봇과 나노 장치를 설계할 수 있는 새로운 도구를 개발했을 때였습니다.同時적으로 이러한 더 복잡한 시스템은 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 짧은 시간에 개발될 수 있습니다.

이 연구는 지난 달 Nature Materials 저널에 발표되었으며, 전 공학 박사 과정 학생인 Chao-Min Huang가 주도했습니다.

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

대학의 기계 및 항공 우주 공학 부교수인 공동 연구자 Carlos Castro에 따르면, 연구자들은 이러한 프로세스에서 더 느린 도구와 수동 단계에 의존해 왔습니다.

“하지만 이제 나노 장치가 이전에는 수일이 걸렸지만 이제는 몇 분만에 설계할 수 있습니다.”라고 Castro는 말했습니다.

이 새로운 설계는 훨씬 더 복잡하며 효율적인 나노 장치를 생성합니다.

Hai-Jun Su는 또 다른 공동 연구자이자 대학의 기계 및 항공 우주 공학 교수입니다.

“이전에는 개별 구성 요소 6개까지 장치를 구축하고 조인트와 힌지로 연결하여 복잡한 동작을 수행하도록 시도했습니다.”라고 Su는 말했습니다.

“이 소프트웨어를 사용하면 20개 이상의 구성 요소로 로봇이나 기타 장치를 만들기가 쉽고 훨씬 더 쉽게 제어할 수 있습니다. 우리가 원하는 동작을 수행할 수 있는 나노 장치를 설계하는 능력에서 이는 거대한 발전입니다.”

연구자들은 이 소프트웨어가 더 나은 설계와 더 유용한 나노 장치를 생성할 뿐만 아니라 이러한 나노 장치가 일상 도구가 되는 시간을 단축할 수 있기를 바랍니다.

새로운 접근 방식은 연구자들이 3D에서 설계 프로세스를 수행할 수 있게 합니다. 이전 도구는 2D에서 작동했기 때문에 연구자들은 3D로 생성물을 매핑해야 했습니다. 이를 통해 장치의 복잡성이 제한되었습니다.

하향식 또는 상향식

소프트웨어의 또 다른 중요한 측면은 연구자가 DNA 구조를 “하향식” 또는 “상향식”으로 생성할 수 있다는 것입니다. 전자의 경우 연구자들은 원하는 구조로 개별 DNA 가닥을 조직할 수 있으므로 로컬 장치 구조와 속성에 대한 세부적인 제어가 가능합니다.

“상향식” 접근 방식을 사용하면 연구자들은 전체 장치의 형상이 어떻게 되어야 하는지 결정한 다음 DNA 가닥의 조직을 자동화할 수 있습니다. 두 기술을 결합하면 전체 기하학이 더 복잡해질 수 있지만 개별 구성 요소 속성에 대한 정밀한 제어가 유지됩니다.

소프트웨어는 또한 연구자들이 실제 세계에서 설계된 DNA 장치가 작동하는 방식을 시뮬레이션할 수 있습니다.

“이러한 구조를 더 복잡하게 만들면 정확히 어떻게 보이고 어떻게 작동할지 예측하기가 어렵습니다.”라고 Castro는 말했습니다.

“실제로 작동하는 장치가 어떻게 작동할지 시뮬레이션할 수 있는 것은 매우 중요합니다. 그렇지 않으면 많은 시간을 낭비할 것입니다.”

나노 구조 생성

Anjelica Kucinic은 공동 연구자이자 오하이오 주립 대학의 화학 및 생물 분자 공학 박사 과정 학생입니다. Kucinic은 소프트웨어에 의해 설계된 나노 구조를 생성하고 특성화하는 연구 팀을 이끌었습니다.

팀이 생성한 장치는 로봇 팔과 클로, 그리고 인간 머리카락의 너비보다 1000배 더 작은 100나노미터 크기의 구조인 비행기와 같은 구조가 있습니다.

이러한 장치는 의료 분야에서 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

“더 복잡한 장치는 단순히何か 나쁜 일이 발생하고 있음을 감지하는 것만이 아니라 약물을 방출하거나 병원체를 포착할 수 있습니다.”라고 Castro는 말했습니다.

“우리는 특정 자극에 반응하거나 특정 방식으로 이동하는 로봇을 설계할 수 있기를 원합니다.”

“DNA 나노 기술에 대한 상업적 관심이 점점 더 많아지고 있습니다.”라고 그는 계속했습니다. “다음 5년에서 10년 사이에 우리는 상업적으로 DNA 나노 장치의 적용을 보게 될 것입니다. 우리는 이 소프트웨어가 이를 추진하는 데 도움이 될 수 있기를 기대합니다.”