Исследователи из Наноинститута Сиднейского университета добились значительного прогресса в области молекулярной робототехники, разработав специально спроектированные и программируемые наноструктуры с использованием ДНК-оригами.
Этот инновационный подход имеет потенциал в ряде приложений, от целевых систем доставки лекарств до чувствительных материалов и энергосберегающей обработки оптических сигналов. Метод использует «ДНК-оригами», так называемое, поскольку оно использует естественную силу сворачивания ДНК, строительных блоков человеческой жизни, для создания новых и полезных биологических структур.
В качестве доказательства концепции исследователи создали более 50 нанообъектов, включая «нанодинозавра», «танцующего робота» и мини-Австралию шириной 150 нанометров, что в тысячу раз уже человеческого волоса.
Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.
Исследование, возглавляемое первым автором доктором Минь Три Луу и руководителем исследовательской группы доктором Шелли Уикхэм, сосредоточено на создании модульных ДНК-оригами «вокселей», которые можно собирать в сложные трехмерные структуры. (Там, где пиксель двумерен, воксель реализуется в трехмерном пространстве.)
Эти программируемые наноструктуры могут быть адаптированы для конкретных функций, что позволяет быстро создавать прототипы различных конфигураций. Эта гибкость имеет решающее значение для разработки наномасштабных роботизированных систем, которые могут выполнять задачи в области синтетической биологии, наномедицины и материаловедения.
Доктор Уикхэм, занимающий совместную должность в Школе химии и физики на факультете естественных наук, сказал: «Результаты немного похожи на использование детского конструктора Meccano или создание цепной колыбели для кошки. Но вместо макромасштабного металла или струны мы используем наномасштабную биологию для создания роботов с огромным потенциалом».
Доктор Луу сказал: «Мы создали новый класс наноматериалов с регулируемыми свойствами, что позволяет использовать их в самых разных областях — от адаптивных материалов, которые меняют оптические свойства в ответ на окружающую среду, до автономных нанороботов, предназначенных для поиска и уничтожения раковых клеток».
ДНК-липучка
Для сборки вокселей команда внедряет дополнительные нити ДНК на внешнюю часть наноструктур, при этом новые нити действуют как программируемые участки связывания.
Доктор Луу сказал: «Эти участки действуют как липучки разных цветов — они спроектированы таким образом, что соединяться могут только нити с совпадающими «цветами» (фактически, комплементарные последовательности ДНК)».
По его словам, этот инновационный подход позволяет точно контролировать, как воксели связываются друг с другом, что позволяет создавать настраиваемые, высокоспецифичные архитектуры.
Одним из наиболее интересных применений этой технологии является ее потенциальная возможность создания наноразмерных роботизированных устройств, способных доставлять лекарства непосредственно в целевые области организма.
Используя ДНК-оригами, исследователи могут спроектировать этих наноботов, которые будут реагировать на определенные биологические сигналы, гарантируя, что лекарства будут высвобождаться только тогда и там, где они необходимы. Этот целенаправленный подход может повысить эффективность лечения рака, минимизируя побочные эффекты.
Помимо доставки лекарств, исследователи изучают разработку новых материалов, которые могут менять свойства в ответ на внешние стимулы. Например, эти материалы могут быть спроектированы так, чтобы реагировать на более высокие нагрузки или изменять свои структурные характеристики в зависимости от изменений температуры или кислотности (pH).
Такие адаптивные материалы обладают потенциалом для трансформации медицинской, вычислительной и электронной отраслей.
