새로운 도구 설계 복잡한 DNA 로봇 및 나노 장치

로봇 공학 분야에서 가장 유망한 분야 중 하나는 작은 DNA 기반 로봇 및 나노 장치와 관련이 있으며 과학자들은 궁극적으로 인체에 표적 약물을 전달할 수 있을 것이라고 믿고 있습니다. 그들은 또한 병원체를 탐지하고 더 작은 전자 장치의 개발로 이어지는 데 사용될 수 있습니다.

이 분야의 최근 발전은 오하이오 주립 대학의 연구원들이 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 복잡한 DNA 로봇과 ​​나노 장치를 설계할 수 있는 새로운 도구를 개발하면서 이루어졌습니다. 동시에 이러한 보다 복잡한 시스템을 짧은 시간 안에 개발할 수 있습니다. 

이 연구는 지난 달 저널에 게재되었습니다. 자연 재료, 전 공학 박사 과정 학생인 황 차오민이 이끌었습니다. 

MagicDNA라고 하는 새로운 소프트웨어는 연구원들이 DNA의 작은 가닥을 결합하여 회전자 및 경첩과 같은 부품으로 복잡한 구조를 만드는 방법을 설계하는 데 도움을 줍니다. 이러한 부품은 약물 전달과 같은 다양한 작업을 이동하고 완료할 수 있습니다. 

이 연구의 공동 저자이자 대학의 기계 및 항공 우주 공학 부교수인 Carlos Castro에 따르면, 연구원들은 전통적으로 이러한 프로세스를 위해 느린 도구와 수동 단계에 의존해 왔습니다.

"그러나 이제 이전에는 설계하는 데 며칠이 걸렸을 수 있는 나노 장치를 지금은 단 몇 분이면 충분합니다."라고 Castro는 말했습니다.

이러한 새로운 디자인은 훨씬 더 복잡하고 효율적인 나노 장치를 만듭니다.

수하이준(Hai-Jun Su)은 또 다른 공저자이자 이 대학교의 기계 및 항공우주 공학 교수입니다. 

"이전에는 최대 XNUMX개의 개별 구성 요소로 장치를 만들고 관절과 경첩으로 연결하고 복잡한 동작을 실행하도록 시도할 수 있었습니다."라고 Su는 말했습니다.

“이 소프트웨어를 사용하면 훨씬 제어하기 쉬운 20개 이상의 구성 요소로 로봇이나 기타 장치를 만드는 것이 어렵지 않습니다. 이는 우리가 원하는 복잡한 작업을 수행할 수 있는 나노 장치를 설계하는 능력의 큰 발전입니다.”

연구원들은 이 소프트웨어가 더 나은 디자인과 더 유용한 나노 장치를 만들 뿐만 아니라 일상적인 도구가 되는 시간을 앞당길 수 있기를 바랍니다. 

새로운 접근 방식을 통해 연구원들은 3D로 설계 프로세스를 수행할 수 있습니다. 이전 도구는 2D에서 작동했기 때문에 연구자가 창작물을 3D로 매핑해야 했습니다. 이렇게 함으로써 장치의 복잡성이 제한되었습니다. 

상향식 또는 하향식

이 소프트웨어의 또 다른 주요 측면은 연구자들이 "상향식" 또는 "하향식"으로 DNA 구조를 만들 수 있게 해준다는 것입니다. 전자를 사용하여 연구자들은 DNA의 개별 가닥을 원하는 구조로 구성합니다. 즉, 로컬 장치 구조 및 속성을 미세하게 제어할 수 있습니다. 

"하향식" 접근 방식을 사용하면 전체 장치의 기하학적 모양을 결정한 다음 DNA 가닥의 구성을 자동화할 수 있습니다. 두 가지 기술을 결합하면 개별 구성 요소 속성에 대한 정밀한 제어를 유지하면서 전체 형상이 더욱 복잡해질 수 있습니다. 

이 소프트웨어를 통해 연구자들은 설계된 DNA 장치가 실제 세계에서 어떻게 작동하는지 시뮬레이션할 수 있습니다. 

"이러한 구조를 더 복잡하게 만들면 어떻게 생겼는지, 어떻게 작동할지 정확히 예측하기가 어렵습니다."라고 Castro는 말했습니다.

“우리 장치가 실제로 작동하는 방식을 시뮬레이션할 수 있는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 많은 시간을 낭비하게 됩니다.”

나노 구조 생성

안젤리카 쿠치닉(Anjelica Kucinic)은 공동 저자이자 오하이오 주립대 화학 및 생체 분자 공학 박사 과정 학생입니다. Kucinic은 소프트웨어로 설계된 나노구조를 만들고 특성화하는 연구팀을 이끌었습니다.

연구팀이 만든 장치에는 발톱이 달린 로봇 팔과 비행기처럼 생긴 1000나노미터 크기의 구조물이 포함됐다. 후자는 인간 머리카락 하나의 너비보다 XNUMX배 작습니다. 

이러한 장치는 의료 분야에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 

"더 복잡한 장치는 나쁜 일이 일어나고 있음을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 약물을 방출하거나 병원균을 포착하여 반응할 수도 있습니다."라고 Castro는 말했습니다.

"우리는 자극에 특정 방식으로 반응하거나 특정 방식으로 움직이는 로봇을 설계할 수 있기를 원합니다."

"DNA 나노기술에 대한 상업적 관심이 점점 더 커지고 있습니다."라고 그는 계속했습니다. "향후 10년에서 XNUMX년 안에 우리는 DNA 나노 장치의 상업적 응용을 보기 시작할 것이라고 생각하며 이 소프트웨어가 그것을 추진하는 데 도움이 될 수 있다고 낙관합니다."