Yeni Araç Tasarımı Karmaşık DNA Robotları ve Nanocihazları

Robotik alanının en umut verici alanlarından biri, bilim adamlarının sonunda insan vücudunda hedefe yönelik ilaç teslimatı yapacak olması beklenen küçük DNA tabanlı robotlar ve nanocihazları içerir. Ayrıca patojenleri tespit etmek ve daha küçük elektroniklerin geliştirilmesine yol açabilirler.

Bu alanda yapılan 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 makine 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.

Yeni tasarımlar çok daha karmaşık ve verimli nanocihazlar oluşturur.

Hai-Jun Su, üniversitenin makine ve havacılık mühendisliği profesörü ve başka bir ortak yazar.

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

“Bu yazılım ile, 20’den fazla bileşene sahip robotlar veya cihazlar oluşturmak ve bunları kontrol etmek çok daha kolay. Bu, istediğimiz eylemleri gerçekleştirebilecek nanocihazlar tasarlayabilme yeteneğimizde büyük bir adım.”

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

Yeni yaklaşım, araştırmacılara tasarım sürecini 3D’de gerçekleştirmelerini sağlar. Önceki araçlar 2D’de çalışıyordu, bu nedenle araştırmacılar yaratımlarını 3D’ye haritalamak zorundaydı. Bunu yaparak, cihazlar karmaşıklıkları açısından sınırlıydı.

Alttan Üste veya Üstten Aşağıya

Yazılımın bir başka önemli yönü, araştırmacılara DNA yapılarını “alttan üste” veya “üsten aşağıya” oluşturma olanağı sağlamasıdır. İlkiyle, araştırmacılar bireysel DNA zincirlerini istenen yapıya organize edebilir, yani cihazın yerel yapısı ve özellikleri üzerinde ince bir kontrol sahibi olabilirler.

“Üstten aşağıya” yaklaşımıyla, cihazın genel olarak nasıl şekillendirilmesi gerektiğini kararlaştırabilir ve ardından DNA zincirlerinin organizasyonunu otomatikleştirebilirler. İki tekniği birleştirerek, genel geometri daha karmaşık hale gelirken, aynı zamanda bireysel bileşen özelliklerine přes bir kontrol korunabilir.

Yazılım ayrıca araştırmacılara 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 harcarız.”

Nano Yapıların Oluşturulması

Anjelica Kucinic, ortak yazar ve Ohio Eyalet Üniversitesi’nde kimya ve biyomoleküler mühendislik alanında doktora öğrencisidir. Kucinic, yazılım tarafından tasarlanan nano yapıları oluşturup karakterize eden araştırmacı ekibine liderlik etti.

Ekibin oluşturduğu cihazlar, pençeleri olan robot kolları ve bir tek human saçının genişliğinden 1000 kat daha küçük olan, bir uçak gibi görünen 100 nanometrelik bir yapı içeriyordu.

Bu cihazlar, sağlık hizmetlerinde büyük etkileri olabilir.

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

“Belirli bir şekilde tepki veren veya belirli bir şekilde hareket eden robotlar tasarlayabilmek istiyoruz.”

“DNA nanoteknolojisinde giderek daha fazla ticari ilgi oluşuyor” diye devam etti. “DNA nanocihazlarının ticari uygulamalarını görmeye başlamamızın önümüzdeki beş ila 10 yıl içinde olacağını düşünüyoruz ve bu yazılımın bunu hızlandırmasına yardımcı olabileceğini umuyoruz.”