- 14,112
- 20
- 8 Ноя 2022
Как разобрать молекулярную машину без микроскопа? Научить ее самостоятельности.
Группа японских исследователей Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся на основе ДНК, который управляет самосборкой и разборкой микроскопических роботов. Учёные из Университетов Тохоку и Киото подробно описали свое изобретение в журнале Science Advances. Благодаря этой технологии машины могут выполнять сложные задачи в недоступных для внешнего вмешательства средах, включая человеческое тело.
Для создания контроллера использовались молекулы искусственной ДНК, способные запускать сложные цепные реакции, и ферменты, которые ускоряют эти процессы. Контроллер управляет микротрубочками — белковыми структурами, отвечающими за транспортировку веществ и деление клеток. Движение трубочек обеспечивается моторным белком кинезином, который перемещает их с помощью энергии клеток.
Каждая микротрубочка покрыта специально модифицированной ДНК, что позволяет контроллеру задавать команды не только на сборку или разборку, но и направлять движение молекул. Их можно объединять в сложные пучки или, напротив, расщеплять в зависимости от поставленных задач. Такой уровень управления делает молекулярных роботов не только автономными, но и способными к координированной работе “в команде”, что особенно важно для выполнения сложных задач в ограниченных пространствах.
Автономность управления позволяет роботам функционировать там, где невозможно передавать внешние команды, например, в глубине тканей организма или в замкнутых пространствах.
Работа опирается на исследования, начатые в 2017 году под руководством профессора Номуры. Тогда команда учёных создала молекулярного робота, в котором ДНК-цепи выполняли роль механизма передачи движения. Эти цепи связывали моторные белки с оболочкой робота, позволяя изменять его форму. Управление процессом осуществлялось с помощью светового сигнала: учёные могли включать и отключать изменения формы, воздействуя на молекулы ДНК. Сейчас же управление стало полностью автоматическим, а команды выполняются быстрее и точнее благодаря программируемым ДНК-цепям.
Над проектом работали профессора Акира Какуго и Ибуки Кавамата вместе с аспирантом Кохеем Нишиямой. По словам ученых, их разработка выходит за рамки теоретического эксперимента. Они доказали, что молекулы ДНК могут служить не только строительным материалом, но и выполнять функции программного обеспечения для управления наномашинами.
Теперь поведение молекулярных роботов планируют усложнить. К системе добавят более сложные ДНК-цепи и усилители сигналов, которые позволят обрабатывать больше информации. В будущем учёные рассчитывают создать целые стаи роботов, которые смогут выполнять коллективные задачи с высокой точностью.
Разработанная технология открывает перспективы в различных областях. В медицине нанороботы помогут доставлять лекарства прямо к поврежденным клеткам, выполнять микроскопические операции и проводить диагностику на молекулярном уровне. В экологии они могут находить и уничтожать загрязнители. В материаловедении будут использоваться для создания самособирающихся материалов с уникальными свойствами.
Профессор Номура объясняет: хаотичное движение молекул, вызванное энтропией, можно контролировать, чтобы направить их на выполнение конкретных задач. Такой подход открывает путь к созданию полностью автономных систем, способных работать в условиях, где обычные технологии не справляются.
Сейчас команда сосредоточена на том, чтобы повысить стабильность своих алгоритмов. Учёные изучают, как сделать молекулярных роботов устойчивыми к неблагоприятным условиям, таким как высокая температура, колебания кислотности или давление. Эти исследования призваны адаптировать технологию для реального использования за пределами лабораторий.
Группа японских исследователей Для просмотра ссылки Войди
Для создания контроллера использовались молекулы искусственной ДНК, способные запускать сложные цепные реакции, и ферменты, которые ускоряют эти процессы. Контроллер управляет микротрубочками — белковыми структурами, отвечающими за транспортировку веществ и деление клеток. Движение трубочек обеспечивается моторным белком кинезином, который перемещает их с помощью энергии клеток.
Каждая микротрубочка покрыта специально модифицированной ДНК, что позволяет контроллеру задавать команды не только на сборку или разборку, но и направлять движение молекул. Их можно объединять в сложные пучки или, напротив, расщеплять в зависимости от поставленных задач. Такой уровень управления делает молекулярных роботов не только автономными, но и способными к координированной работе “в команде”, что особенно важно для выполнения сложных задач в ограниченных пространствах.
Автономность управления позволяет роботам функционировать там, где невозможно передавать внешние команды, например, в глубине тканей организма или в замкнутых пространствах.
Работа опирается на исследования, начатые в 2017 году под руководством профессора Номуры. Тогда команда учёных создала молекулярного робота, в котором ДНК-цепи выполняли роль механизма передачи движения. Эти цепи связывали моторные белки с оболочкой робота, позволяя изменять его форму. Управление процессом осуществлялось с помощью светового сигнала: учёные могли включать и отключать изменения формы, воздействуя на молекулы ДНК. Сейчас же управление стало полностью автоматическим, а команды выполняются быстрее и точнее благодаря программируемым ДНК-цепям.
Над проектом работали профессора Акира Какуго и Ибуки Кавамата вместе с аспирантом Кохеем Нишиямой. По словам ученых, их разработка выходит за рамки теоретического эксперимента. Они доказали, что молекулы ДНК могут служить не только строительным материалом, но и выполнять функции программного обеспечения для управления наномашинами.
Теперь поведение молекулярных роботов планируют усложнить. К системе добавят более сложные ДНК-цепи и усилители сигналов, которые позволят обрабатывать больше информации. В будущем учёные рассчитывают создать целые стаи роботов, которые смогут выполнять коллективные задачи с высокой точностью.
Разработанная технология открывает перспективы в различных областях. В медицине нанороботы помогут доставлять лекарства прямо к поврежденным клеткам, выполнять микроскопические операции и проводить диагностику на молекулярном уровне. В экологии они могут находить и уничтожать загрязнители. В материаловедении будут использоваться для создания самособирающихся материалов с уникальными свойствами.
Профессор Номура объясняет: хаотичное движение молекул, вызванное энтропией, можно контролировать, чтобы направить их на выполнение конкретных задач. Такой подход открывает путь к созданию полностью автономных систем, способных работать в условиях, где обычные технологии не справляются.
Сейчас команда сосредоточена на том, чтобы повысить стабильность своих алгоритмов. Учёные изучают, как сделать молекулярных роботов устойчивыми к неблагоприятным условиям, таким как высокая температура, колебания кислотности или давление. Эти исследования призваны адаптировать технологию для реального использования за пределами лабораторий.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
