Niekedy v nie tak vzdialenej budúcnosti výskumníci akceptujú, že nepatrné roboty založené na DNA a iné nanozariadenia budú dopravovať lieky do našich tiel, rozlíšiť prítomnosť smrteľných mikroorganizmov a pomôžu vyrobiť postupne skromnejší hardvér. Vedci sa posunuli smerom k tejto budúcnosti tým, že postavili ďalší prístroj, ktorý dokáže plánovať podstatne zložitejšie DNA roboty a nanozariadenia, než aké boli kedykoľvek predtým mysliteľné v malej časti času. Analytici vytvorili nástroj, ktorý dokáže naplánovať komplexné DNA roboty a nanozariadenia v priebehu niekoľkých minút, a nie dní.
V dokumente, ktorý bol dnes distribuovaný v časopise Nature Materials, špecialisti zo Štátnej univerzity v Ohiu – riadení predchádzajúcim doktorandským štúdiom dizajnu Chao-Min Huang – odhalili nové programovanie, ktoré nazývajú MagicDNA. Tento produkt pomáha vedcom s plánovacími prístupmi, aby vzali nepatrné vlákna DNA a skonsolidovali ich do komplexných návrhov s časťami, ako sú rotory a čapy, ktoré môžu pohybovať a dokončovať sortiment činností vrátane prepravy liekov. Jednou z výhod je, že umožňuje analytikom robiť celý plán skutočne v 3-D. Aparatúry predchádzajúceho plánu práve umožňovali tvorbu v 2-D, čo nútilo špecialistov plánovať svoje prejavy do 3-D. To naznačovalo, že architekti nedokázali svoje zariadenia príliš ohromiť.
Produkt navyše umožňuje módnym výrobcom vytvárať štruktúry DNA „základne nahor“ alebo „zhora nadol“. V „základnom“ pláne vedci vezmú jednotlivé vlákna DNA a dospejú k záveru, ako ich spojiť do dizajnu, ktorý potrebujú, čo umožňuje kvalitnú autoritu nad konštrukciou a vlastnosťami zariadenia v okolí. Môžu však tiež použiť prístup „zhora nadol“, kde si vyberú, ako by sa ich všeobecné zariadenie malo matematicky vytvoriť, a potom robotizovať, ako sa zostavujú vlákna DNA. Konsolidácia týchto dvoch berie do úvahy rozšírenie zložitosti všeobecnej matematiky pri zachovaní presnej sily nad vlastnosťami jednotlivých segmentov. Ďalšou životne dôležitou súčasťou produktu je to, že umožňuje rekonštrukciu toho, ako by sa plánované zariadenia DNA pohybovali a fungovali v skutočnosti.
Tento produkt pomáha vedcom s plánovacími prístupmi, aby vzali nepatrné vlákna DNA a spojili ich do zložitých návrhov s časťami, ako sú rotory a čapy, ktoré môžu pohybovať a dokončiť celý rad úloh vrátane prepravy liekov. Špecialisti to robia už niekoľko rokov s pomalšími zariadeniami s monotónnymi manuálnymi postupmi, povedal Carlos Castro, spolutvorca výskumu a partnerský učiteľ mechanického a leteckého dizajnu v štáte Ohio.
Podľa Castra nanozariadenia, ktorých plánovanie vedcom mohlo trvať niekoľko dní, im teraz trvá len pár minút. Vedci v súčasnosti dokážu vyrobiť podstatne nepredvídateľnejšie – a hodnotnejšie – nanozariadenia. Spolutvorca Hai-Jun Su, učiteľ mechanického a leteckého dizajnu v štáte Ohio, hovorí, že vďaka predchádzajúcim skúsenostiam sú schopní vyrobiť zariadenia až s približne šiestimi samostatnými segmentmi a spojiť ich s kĺbmi a otočnými čapmi a pokúsiť sa ich spustiť. zložité pohyby.
Ďalej dodáva, že s pomocou tohto produktu nie je ťažké vyrobiť roboty alebo rôzne zariadenia s až 20 segmentmi, ktoré sú oveľa jednoduchšie na ovládanie. Je to obrovský pokrok v ich schopnosti plánovať nanozariadenia, ktoré dokážu vykonávať zložité činnosti podľa toho, čo vedci potrebujú. Produkt má celý rad výhod, ktoré pomôžu výskumníkom plánovať lepšie, podpornejšie nanozariadenia a – vedci veria – skrátiť čas pred ich bežným používaním.
Jednou z výhod je, že umožňuje odborníkom robiť celý plán skutočne v 3D. Zariadenia podľa predchádzajúceho plánu práve umožňovali vytváranie v 2D, čo nútilo špecialistov plánovať svoje prejavy do 3D. To, že implicitní tvorcovia nedokázali spôsobiť, že ich zariadenia budú príliš ohromujúce. Konsolidácia týchto dvoch berie do úvahy rozširujúcu sa zložitosť všeobecnej matematiky pri zachovaní presného ovládania vlastností jednotlivých segmentov, povedal Castro. Ďalšou kritickou zložkou produktu je, že umožňuje zopakovať, ako by sa plánované zariadenia DNA pohybovali a fungovali v skutočnosti.
Ako hovorí Castro, čím zložitejšie sú tieto návrhy vyrobené, tým ťažšie je určiť, čo sa bude podobať a ako budú fungovať. Základom je mať možnosť napodobniť, ako budú zariadenia skutočne fungovať. Inak vedci prepália veľa času. Ako ukážka kapacity produktu spolutvorkyňa Anjelica Kucinic, doktorandka v oblasti projektovania látok a biomolekúl v štáte Ohio, podnietila analytikov pri vytváraní a zobrazovaní mnohých nanoštruktúr plánovaných produktom.
Časť zariadení, ktoré vyrobili, zahŕňala robotické ramená s labkami, ktoré dokážu získať skromnejšie veci, a konštrukciu s veľkosťou 100 nanometrov, ktorá sa podobá lietadlu („Rovina“ je niekoľkonásobne menšia ako šírka ľudského vlasu). Schopnosť vyrábať nepredvídateľnejšie nanozariadenia znamená, že môžu dosiahnuť hodnotnejšie veci a dokonca dokončiť rôzne úlohy s jedným zariadením, povedal Castro.
Jedna vec je napríklad mať DNA robota, ktorý po infúzii do obehového systému dokáže rozpoznať špecifický mikrób. Castro povedal, že predpokladá, že počas nasledujúcich, nie mnohých rokov, sa programovanie MagicDNA bude využívať na vysokých školách a v iných skúšobných laboratóriách. Nech je to akokoľvek, jeho využitie sa môže neskôr predĺžiť.
'Existuje príležitosť, aby sa o DNA nanotechnológie stále viac zaujímal obchodný záujem,' povedal. „Myslím si, že v priebehu nasledujúcich piatich až 10 rokov začneme vidieť obchodné využitie nanozariadení DNA a dúfame, že tento produkt to pomôže dosiahnuť.“