Yeni Araç Karmaşık DNA Robotları ve Nanocihazları Tasarlıyor

Robotik alanının en umut verici alanlarından biri, bilim insanlarının sonunda hedeflenmiş ilaçları insan vücudunda teslim edebilecek küçük DNA tabanlı robotlar ve nanocihazları içerir. Ayrıca patojenleri tespit etmek ve daha küçük elektroniklerin geliştirilmesine yol açabilirler.

Bu alanda recent bir ilerleme, Ohio Eyalet Üniversitesi’nden araştırmacıların daha önce mümkün olandan çok daha karmaşık DNA robotları ve nanocihazları tasarlayabilen bir araç geliştirmeleriyle geldi. Aynı zamanda, bu daha karmaşık sistemler çok daha kısa bir sürede geliştirilebilir.

Araştırma geçen ay Nature Materials dergisinde yayımlandı ve eski mühendislik doktora öğrencisi Chao-Min Huang tarafından yürütüldü.

MagicDNA adlı yeni yazılım, araştırmacılara küçük DNA zincirlerini birleştirmek ve rotorlar ve menteşeler gibi parçalar içeren karmaşık yapılar oluşturmak için yollar tasarlamalarına yardımcı olur. Bu parçalar hareket edebilir ve ilaç teslimatı gibi çeşitli görevleri tamamlayabilir.

Üniversitenin mekanik ve havacılık mühendisliği bölümünün yardımcı doçenti ve araştırmanın ortak yazarı Carlos Castro’ya göre, araştırmacılar geleneksel olarak bu süreçler için daha yavaş araçlara ve manuel adımlara güvenmektedir.

“Ama şimdi, birkaç gün önce tasarlamak için birkaç gün harcadığımız nanocihazlar şimdi sadece birkaç dakika sürüyor,” dedi Castro.

Bu yeni tasarımlar çok daha karmaşık ve verimli nanocihazlar oluşturur.

Hai-Jun Su, üniversitenin mekanik ve havacılık mühendisliği bölümünün bir diğer ortak yazarı ve profesörü.

“Önceden, altı个 bireysel bileşenle cihazlar oluşturup onları eklem ve menteşelerle birbirine bağlayıp karmaşık hareketler gerçekleştirmeye çalışıyorduk,” dedi Su.

“Bu yazılım ile, 20’den fazla bileşenle robotlar veya cihazlar oluşturmak ve onları kontrol etmek çok daha kolay. Bu, karmaşık eylemler gerçekleştirebilecek nanocihazlar tasarlayabilme yeteneğimizde büyük bir adımdır.”

Araştırmacılar, bu yazılımın sadece daha iyi tasarımlar ve daha faydalı nanocihazlar yaratmakla kalmayacağını, aynı zamanda bunların günlük araçlar haline gelmesi için gereken zamanı da hızlandırabileceğini umuyor.

Yeni yaklaşım, araştırmacılara tasarım sürecini 3D’de gerçekleştirmelerini sağlar. Daha önceki araçlar 2D’de çalışıyordu, bu nedenle araştırmacılar yaratımlarını 3D’ye haritalamak zorundaydı. Bu, cihazların karmaşıklığını sınırlıyordu.

Alttan Üste veya Üstten Aşağıya

Yazılımın bir diğer önemli yönü, araştırmacılara DNA yapılarını “alttan üste” veya “üstten aşağıya” oluşturma olanağı sağlamasıdır. İlk durumda, araştırmacılar bireysel DNA zincirlerini istenilen yapıya organize ederler, bu da yerel cihaz yapısı ve özellikleri üzerinde ince kontrol sağlar.

“Üstten aşağıya” yaklaşımıyla, araştırmacılar cihazın genel şeklini belirleyebilir ve sonra DNA zincirlerinin organizasyonunu otomatikleştirebilirler. İki tekniği birleştirerek, genel geometri daha karmaşık hale gelirken, aynı zamanda bireysel bileşen özellikleri üzerinde kesin kontrol sağlanabilir.

Yazılım, araştırmacılara ayrıca tasarlanan DNA cihazlarının gerçek dünyada nasıl çalışacağını simüle etme olanağı sağlar.

“Bu yapıları daha karmaşık hale getirdikçe, tam olarak nasıl görüneceklerini ve nasıl davranacaklarını tahmin etmek zorlaşır,” dedi Castro.

“Cihazlarımızın gerçekten nasıl çalışacağını simüle edebilmek çok önemlidir. Aksi takdirde, çok fazla zaman boşa harcarız.”

Nano Yapıları Oluşturma

Anjelica Kucinic, kimya ve biyomühendislik alanında doktora öğrencisi ve araştırmanın ortak yazarı. Kucinic, yazılım tarafından tasarlanan nano yapıların oluşturulmasında ve karakterize edilmesinde araştırma ekibine liderlik etti.

Ekibin oluşturduğu cihazlar, bir robot kolu ve bir hundred nanometre boyutunda bir uçak şeklinde yapılar içeriyordu. Sonuncusu, bir insan saçının genişliğinden 1000 kat daha küçüktür.

Bu cihazlar, sağlık hizmetlerinde büyük etkileri olabilir.

“Daha karmaşık bir cihaz, sadece kötü bir şeyin olduğunu tespit etmekle kalmaz, aynı zamanda bir ilacı salarak veya patojeni yakalayarak tepki verebilir,” dedi Castro.

“Bir stimulus’a belirli bir şekilde tepki veren veya belirli bir şekilde hareket eden robotlar tasarlayabilmek istiyoruz.”

“DNA nanoteknolojisinde giderek daha fazla ticari ilgi olduğunu düşünüyorum. Sonraki 5-10 yıl içinde DNA nanocihazlarının ticari uygulamalarını görmeye başlayacağımızı ve bu yazılımın bunu hızlandırabileceğini düşünüyoruz.”