Наноскопический робот сделал первые шаги [ Редагувати ]

В научных кругах отмечают замечательное событие - наноскопический бипед (двуногий робот) с ногами длиной всего лишь в 10 нанометров, собранный из фрагментов ДНК, сделал свои первые шаги.

Создание наноходока уже успели отнести к одному из главных открытий в нанотехнологиях. "Родители" этого бипеда - ученые-химики Нью-йоркского университета Надриан Зээман и Уильям Шерман - подчеркнули, что им удалось опередить коллег из других университетов, пытающихся создать аналогичные устройства наномасштабов, способные "ходить на своих двух".

"Это более сложный механизм, чем любой способный ходить робот, созданный раньше", - комментирует изобретение Бернард Юрке, работающий в "Белл Лэбз" (Нью-Джерси, США). Мнение Юрке нельзя игнорировать, поскольку он сам входил в команду ученых, создавших в 2000 году одну из самых известных в мире молекулярных машин - "микропинцет", состоящий из цепочки ДНК. Однако лапки "микропинцета" могут лишь совершать простые движения - размыкание и смыкание. Но для того, чтобы производство наноскопических роботов стало реалистичным проектом, микроскопических роботов, способных проделывать простые движения, явно недостаточно. Нужны мобильные микроскопические роботы, способные собирать машины наномасштабов и перемещать необходимые для этого молекулы и атомы.

Бипед, созданный нью-йоркскими учеными может "ходить" благодаря тому, что его ноги, созданные из цепочек ДНК имеют способность отрываться от поверхности "дорожки", изготовленной также из цепочек ДНК, совершать движение и потом вновь становиться на поверхность.

Почему в качестве строительного материала для бипеда были избраны цепочки ДНК? По двум причинам. Во-первых, в отличие от любых других полимеров, две цепочки ДНК имеют способность образовывать пару. Однако, две цепочки ДНК лишь тогда смогут "склеиться", когда последовательности оснований ДНК в каждой цепочке смогут дополнить друг друга правильным образом. Следовательно, получив возможность направлять цепочки, ученые смогут контролировать места соединений каждой цепочки. Во-вторых, исследователи надеются, что однажды они смогут использовать клетки для производства роботов на основе ДНК.

Каждая нога наноскопического ходока состоит из 36 оснований и 2 двух цепочек ДНК, которые, объединяясь в пары, образуют двойную спираль. Верхние участки цепочки ДНК левой и правой ноги соединяются между собой. Снизу же одна из двух цепочек ДНК длиннее другой и за счет этой разницы образуется подобие ступни.

Дорожка, по которой перемещается ходок также состоит из ДНК и устроена так, что свободные (не объединенные в пару) участки цепочки ДНК фиксируют ногу. Они действуют словно зацепки для ступней. Ступни робота фиксируются при помощи специальных "якорных" цепочек ДНК, которые совмещаются со ступней с одной стороны и зацепкой с другой.

Поскольку последовательности ДНК в левой и правой ногах и зацепках уникальны, то каждой из них нужен свой якорь. Итак, чтобы заставить наноскопического робота сделать шаг, используется свободный фрагмент ДНК, который "отцепляет" один из якорей (смотрите график).

Шаг вперед

Якорь имеет наверху выступ - коротенький участок цепочки ДНК, который не "прилипает" ни к ступне, ни к зацепке. Свободный участок ДНК "прилипает" к этому выступу и потом соединяется с якорем полностью. После этого якорь легко отделяется от ступни или зацепки поскольку получает пары для всех оснований, включая последовательность в выступе.

После этого свободная ступня соединяется с другим якорем, который уже находится на следующей зацепке, что обеспечивает возможность шага вперед. После этого вся процедура повторяется.

Наноскопические ходоки разгуливают в ванне, наполненной раствором, который называется "неденатурирующий буфер". Этот раствор позволяет остановить процесс распада ДНК. С самого начала миллионы ходоков и дорожек свободно плавают в этой жидкости. Лишь после того, как исследователи добавляют в раствор якоря, ступни бипедов фиксируются на дорожках. После этого можно добавить свободные цепочки, чтобы начать процесс передвижения.

Исследователи смогли доказать тот факт, что наноскопические ходоки совершили первые шаги, забирая образцы раствора после каждого добавления ДНК. При помощи метода, аналогичного тому, который используется в судебной экспертизе для установления уникального "отпечатка" ДНК, ученым удалось доказать, что ступни наноскопических ходоков приклеились к дорожкам.

Следующее, чем планируют заняться ученые - заставить наноскопических роботов переносить грузы. Например, атомы металла. Оригинал статьи читайте здесь.