Dizajni i mjeteve të reja Robotët dhe Nanopajisjet komplekse të ADN-së

Një nga fushat më premtuese të fushës së robotikës përfshin robotë dhe nanopajisje të vogla të bazuara në ADN, të cilat shkencëtarët besojnë se përfundimisht do të jenë në gjendje të ofrojnë ilaçe të synuara në trupin e njeriut. Ato mund të përdoren gjithashtu për të zbuluar patogjenët dhe për të çuar në zhvillimin e elektronikës më të vogël.

Një përparim i kohëve të fundit në këtë fushë erdhi kur studiuesit nga Universiteti Shtetëror i Ohajos zhvilluan një mjet të ri që mundëson dizajnimin e robotëve dhe nanopajisjeve shumë më komplekse të ADN-së se sa ishte e mundur më parë. Në të njëjtën kohë, këto sisteme më komplekse mund të zhvillohen në vetëm një pjesë të kohës. 

Hulumtimi u publikua muajin e kaluar në revistë Materiale natyre, dhe u drejtua nga ish studenti i doktoraturës në inxhinieri Chao-Min Huang. 

Softueri i ri, i quajtur MagicDNA, i ndihmon studiuesit të hartojnë mënyra për të kombinuar fijet e vogla të ADN-së për të krijuar struktura komplekse me pjesë të tilla si rotorët dhe menteshat. Këto pjesë mund të lëvizin dhe të kryejnë detyra të ndryshme të ndryshme, të tilla si shpërndarja e drogës. 

Sipas Carlos Castro, bashkëautor i kërkimit dhe profesor i asociuar i inxhinierisë mekanike dhe të hapësirës ajrore në universitet, studiuesit tradicionalisht janë mbështetur në mjete më të ngadalta dhe hapa manualë për këto procese.

"Por tani, nano-pajisjet që mund të na kenë marrë disa ditë për t'i dizajnuar më parë, tani na marrin vetëm disa minuta," tha Castro.

Këto dizajne të reja janë shumë më komplekse dhe krijojnë nanopajisje efikase.

Hai-Jun Su është një tjetër bashkëautor dhe profesor i inxhinierisë mekanike dhe të hapësirës ajrore në universitet. 

"Më parë, ne mund të ndërtonim pajisje me deri në gjashtë komponentë individualë dhe t'i lidhnim ato me nyje dhe mentesha dhe të përpiqeshim t'i bënim ato të ekzekutonin lëvizje komplekse," tha Su.

“Me këtë softuer, nuk është e vështirë të bësh robotë ose pajisje të tjera me mbi 20 komponentë që janë shumë më të lehtë për t'u kontrolluar. Është një hap i madh në aftësinë tonë për të dizajnuar nan-pajisje që mund të kryejnë veprimet komplekse që ne duam të bëjnë."

Studiuesit shpresojnë që softueri jo vetëm që do të krijojë dizajne më të mira dhe nanopajisje më të dobishme, por gjithashtu do të shpejtojë afatin kur ato do të bëhen mjete të përditshme. 

Qasja e re u mundëson studiuesve të kryejnë procesin e projektimit në 3D. Mjetet e mëparshme punonin në 2D, që do të thoshte se studiuesit duhej të hartonin krijimet në 3D. Duke bërë këtë, pajisjet ishin të kufizuara në kompleksitetin e tyre. 

Nga poshtë lart ose nga lart poshtë

Një aspekt tjetër kyç i softuerit është se ai u mundëson studiuesve të krijojnë struktura të ADN-së "nga poshtë lart" ose "nga lart poshtë". Me të parën, studiuesit organizojnë vargje individuale të ADN-së në strukturën e dëshiruar, që do të thotë se ata mund të kenë kontroll të mirë mbi strukturën dhe vetitë e pajisjes lokale. 

Me qasjen "lart-poshtë", ata mund të vendosin se si pajisja e përgjithshme duhet të formësohet gjeometrikisht dhe më pas mund të automatizojnë organizimin e vargjeve të ADN-së. Duke kombinuar të dy teknikat, gjeometria e përgjithshme mund të bëhet më komplekse duke ruajtur ende kontrollin e saktë mbi vetitë individuale të komponentëve. 

Softueri gjithashtu i lejon studiuesit të simulojnë sesi pajisjet e projektuara të ADN-së do të funksiononin në botën reale. 

"Ndërsa i bëni këto struktura më komplekse, është e vështirë të parashikohet saktësisht se si do të duken dhe si do të sillen," tha Castro.

“Është thelbësore të jemi në gjendje të simulojmë se si do të funksionojnë në të vërtetë pajisjet tona. Përndryshe, ne humbim shumë kohë.”

Krijimi i Nanostrukturave

Anjelica Kucinic është bashkëautore dhe studente e doktoraturës në inxhinierinë kimike dhe biomolekulare në shtetin e Ohajos. Kuçinic udhëhoqi ekipin e studiuesve në krijimin dhe karakterizimin e nanostrukturave të dizajnuara nga softueri.

Pajisjet e krijuara nga ekipi përfshinin krahë robotësh me kthetra dhe një strukturë me madhësi njëqind nanometër që duket si një aeroplan. Kjo e fundit është 1000 herë më e vogël se gjerësia e një floku të vetëm njeriu. 

Këto pajisje mund të provojnë të kenë implikime të mëdha në kujdesin shëndetësor. 

"Një pajisje më komplekse jo vetëm që mund të zbulojë se diçka e keqe po ndodh, por gjithashtu mund të reagojë duke lëshuar një ilaç ose kapur patogjenin," tha Castro.

"Ne duam të jemi në gjendje të dizajnojmë robotë që reagojnë në një mënyrë të veçantë ndaj një stimuli ose lëvizin në një mënyrë të caktuar."

“Po bëhet gjithnjë e më shumë interes tregtar për nanoteknologjinë e ADN-së,” vazhdoi ai. “Mendoj se në pesë deri në 10 vitet e ardhshme do të fillojmë të shohim aplikime komerciale të nanopajisjeve të ADN-së dhe jemi optimistë se ky softuer mund të ndihmojë në nxitjen e kësaj.”