Kontrol komputer yang cepat untuk mesin molekuler

Prosedur GeneXpert Identifikasi Mycobacterium tuberculosis (Tes Cepat Molekuler ) (Juni 2019).

Anonim

Para ilmuwan di Technical University of Munich (TUM) telah mengembangkan teknologi propulsi listrik baru untuk nanorobots. Ini memungkinkan mesin-mesin molekuler bergerak seratus ribu kali lebih cepat daripada dengan proses biokimia yang digunakan hingga saat ini. Ini membuat nanobot cukup cepat untuk melakukan pekerjaan perakitan di pabrik-pabrik molekuler. Hasil penelitian baru akan muncul sebagai cerita sampul pada 19 Januari di jurnal ilmiah Science yang terkenal.

Naik dan turun, naik dan turun. Titik-titik cahaya bergantian bolak balik berbaris. Mereka diproduksi oleh molekul bercahaya yang ditempelkan pada ujung lengan robot kecil. Prof Friedrich Simmel mengamati pergerakan nanomachines pada monitor mikroskop fluoresensi. Hanya satu klik mouse yang diperlukan untuk titik-titik cahaya untuk bergerak ke arah lain.

"Dengan menerapkan medan listrik, kita dapat secara acak memutar lengan di pesawat, " jelas kepala Ketua Fisika Sistem Biologi Sintetis di TU Munich. Timnya untuk pertama kalinya berhasil mengendalikan nanobots secara elektrik dan pada saat yang sama mencatat rekor: Teknik baru ini 100 000 kali lebih cepat dari semua metode sebelumnya.

Robot DNA-origami untuk pabrik pembuatan besok

Para ilmuwan di seluruh dunia sedang mengerjakan teknologi baru untuk nanofactories masa depan. Mereka berharap ini suatu hari nanti akan digunakan untuk menganalisis sampel biokimia atau menghasilkan agen medis aktif. Mesin miniatur yang dibutuhkan sudah dapat diproduksi dengan biaya efektif menggunakan teknik DNA-origami.

Satu-satunya alasan mesin-mesin molekuler ini belum dikerahkan dalam skala besar hingga saat ini adalah bahwa mereka terlalu lambat. Blok bangunan diaktifkan dengan enzim, untaian DNA atau cahaya untuk kemudian melakukan tugas-tugas tertentu, misalnya untuk mengumpulkan dan mengangkut molekul.

Namun, nanobot tradisional membutuhkan waktu beberapa menit untuk melakukan tindakan ini, kadang-kadang bahkan berjam-jam. Oleh karena itu, jalur perakitan molekul yang efisien tidak dapat, untuk semua maksud dan tujuan praktis, diimplementasikan menggunakan metodologi ini.

Peningkatan kecepatan elektronik

"Membangun jalur perakitan perakitan nanoteknologi untuk teknologi propulsi yang berbeda. Kami datang dengan gagasan menjatuhkan peralihan nano-biokimia sepenuhnya mendukung interaksi antara struktur DNA dan medan listrik, " jelas peneliti TUM Simmel, yang juga merupakan co-koordinator Excellence Cluster Nanosystems Initiative Munich (NIM).

Prinsip di balik teknologi propulsi itu sederhana: molekul DNA memiliki muatan negatif. Biomolekul dapat dipindahkan dengan menerapkan medan listrik. Secara teoritis, ini harus memungkinkan nanobots terbuat dari DNA yang akan dikemudikan menggunakan impuls listrik.

Gerakan robotik di bawah mikroskop

Untuk menentukan apakah dan seberapa cepat lengan robot akan berbaris dengan medan listrik, para peneliti membubuhkan beberapa juta lengan nanobot ke substrat kaca dan menempatkan ini ke dalam pemegang sampel dengan kontak listrik yang dirancang khusus untuk tujuan tersebut.

Masing-masing mesin miniatur yang diproduksi oleh penulis utama Enzo Kopperger terdiri dari lengan 400 nanometer yang melekat pada pelat 55 nanometer 55 nanometer yang kaku dengan sambungan fleksibel yang terbuat dari basa yang tidak berpasangan. Konstruksi ini memastikan bahwa lengan dapat berputar secara acak di bidang horizontal.

Bekerja sama dengan spesialis fluoresensi yang diketuai oleh Prof. Don C. Lamb dari Ludwig Maximillians University Munich, para peneliti menandai ujung lengan robot menggunakan molekul pigmen. Mereka mengamati gerakan mereka menggunakan mikroskop fluoresensi. Mereka kemudian mengubah arah medan listrik. Ini memungkinkan para peneliti untuk secara sewenang-wenang mengubah orientasi lengan dan mengendalikan proses penggerak.

"Percobaan menunjukkan bahwa mesin molekuler dapat dipindahkan, dan dengan demikian juga didorong secara elektrik, " kata Simmel. "Berkat proses kontrol elektronik, kami sekarang dapat memulai gerakan pada skala waktu milidetik dan dengan demikian 100 000 kali lebih cepat daripada dengan pendekatan biokimia yang digunakan sebelumnya."

Di jalan menuju nanofactory

Teknologi kontrol baru tidak hanya cocok untuk bergerak di sekitar pigmen dan nanopartikel. Lengan robot miniatur juga dapat menerapkan gaya ke molekul. Interaksi ini dapat dimanfaatkan untuk diagnostik dan pengembangan farmasi, menekankan Simmel. "Nanobot berukuran kecil dan ekonomis. Jutaan dari mereka bisa bekerja secara paralel untuk mencari zat tertentu dalam sampel atau untuk mensintesis molekul kompleks - tidak seperti jalur perakitan."

menu
menu