ДНК-нанороботы нового типа могут транспортировать и сортировать молекулы

Несмотря на массу последних достижений, можно сказать, что область нанотехнологий все еще находится на ранней стадии ее развития. Тем не менее, этот научно-фантастический мир удивительных крошечных роботов становится на шаг ближе к действительности буквально с каждым днем. Одним из таких шагов является работа исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech), которые создали нанороботов нового типа, состоящих из единственной цепочки молекулы ДНК, способных самостоятельно исследовать поверхности молекул, «взвалить на свои плечи» молекулы нужного типа и переместить их в заданное место.

«Точно так же, как люди посылают механических роботов на Марс и другие планеты, мы будем посылать наших молекулярных нанороботов в труднодоступные для человека места, используя для этого, кровеносную систему организма человека, к примеру» — рассказывает Лулу Киэн (Lulu Qian), один из исследователей, — «Нашей целью является создание универсального молекулярного робота, который по заранее заданной программе будет способен производить сортировку и перемещение полезных грузов на наноразмерном уровне».

Новая работа калифорнийских исследователей базируется на их же предыдущих исследованиях, в которых они принимали участие в составе международной группы. В результате прошлых исследований были созданы программируемые ДНК-роботы, но теперь ученым удалось заставить этих роботов выполнять полезную работу по транспортировке молекул.

Для проверки работоспособности созданных ими нанороботов исследователи использовали поверхность, размером 58 на 58 нанометров, покрытую специальными «путепроводами» из ДНК, которых, с химической точки зрения, хорошо сочетаются с окончанием «ноги» молекулярного робота. Это позволяет одной из «ног» робота всегда удерживаться на поверхности, в то время как вторая «нога» свободно «плавает» в пространстве под воздействием случайных молекулярных колебаний. Когда эта вторая «нога» входит в контакт с поверхностью другого «путепровода» робот подтягивается к этой точке и его первая «нога» освобождается. Таким образом робот делает один шаг по заранее заданному пути.

Для слежения за перемещениями ДНК-робота на поверхности были расставлены шесть флуоресцентных молекул-меток. Наблюдения за происходящим показали, что роботу потребовалось 24 часа для того, чтобы исследовать всю поверхность, а при столкновении с молекулами-метками ДНК-робот поднимал ее при помощи своих «рук» и нес их как «сияющий факел» до того момента, пока ему не встречалась очередная метка. Данный процесс очень медленный, но исследователи утверждают, что на него расходуется очень малое количество химической энергии. Все это может быть ускорено за счет использования некоторых дополнительных молекул, являющихся своего рода допингом для нанороботов, и увеличения количества активных нанороботов.

Данные исследования дают людям в руки основные принципы создания, программирования и использования ДНК-нанороботов, которые могут быть использованы в самых различных областях. К примеру, группа таких нанороботов может синтезировать молекулы определенного лекарственного препарата прямо на месте его применения. Или же такие нанороботы смогут стать «рабочими» искусственной молекулярной фабрики, продукцией которой являются сложнейшие молекулы, синтез которых традиционным путем очень сложен или попросту невозможен.