deutsche Forscher haben a entwickelt DNA-Nanorobotikum Arm angetrieben durch elektrische Felder, der hunderte Male schneller ist als frühere Iterationen. Wissenschaftler der Technischen Universität München TUM beschreiben ihre Forschung in der Fachzeitschrift Wissenschaft mit der Aufschrift „Präzises, computergesteuertes Umschalten des Arms zwischen beliebigen Positionen auf der Plattform kann innerhalb von Millisekunden erreicht werden.“
„Im Vergleich zu anderen zuvor vorgestellten Robotersystemen oder Montagelinien ist die Bewegung und Positionierung von Bauteilen elektrisch viel schneller.“
Frühere DNA-Molekülmaschinen konnten sich aufgrund ihrer Abhängigkeit von den molekularen Hinweisen der DNA nicht schneller bewegen. Diese frühen DNA-Walker verwendeten eine Reihe von DNA-Molekülmanipulationen, um zu funktionieren. einschließlich : 'DNA-Hybridisierung mit extern zugesetzten DNA-Brennstoffsträngen, die Wirkung von DNA-schneidenden Enzymen, eine Änderung der Pufferbedingungen wie z. B. pH-Werte oder die Verwendung chemischer Photoschalter wie Azobenzol, die Licht sammeln könnenReaktionen auslösen. '
Laut Friedrich Simmel, Professor an der TUM und Mitautor der Forschung, waren diese Walker, die sich auf molekulare Hinweise stützen, sehr langsam. Normalerweise arbeiteten sie in Zeitskalen von mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen. “Im Vergleich zu anderen zuvor demonstrierten'Robotersysteme' oder Montagelinien, Bewegung und Positionierung von Bauteilen elektrisch ist viel schneller “ sagte Simmel. „Wir schätzen, dass es ungefähr 100.000 Mal schneller ist als typische DNA-Walker.“
Gefaltete DNA liefert starre Basis
Simmel und sein Team begannen ihre Reise zu den schnelleren DNA-Walkern mit einer seit langem etablierten Technik zur molekularen Selbstorganisation, der wunderbar benannten 'DNA-Origami'. Diese Technik ist in der Halbleiterindustrie weit verbreitet, um winzige Chips herzustellen. DNA-Origami verwendet DNA-Stränge, die ähnlich wie eine komplizierte Origami-Skulptur zu Strukturen gefaltet wurden.
Die TUM-Forscher verwendeten diese Technik, um eine starre DNA-Basis mit einem langen, verbundenen Arm aus DNA-Molekülen zu erstellen. Der Arm wird mit einem flexiblen Gelenk an der Platte befestigt. Diese Struktur wird dann über einem Wasserbecken platziertWelche Wissenschaftler elektrische Felder erzeugen. DNA ist negativ geladen und kann daher durch elektrische Felder manipuliert werden. Die Wissenschaftler könnten die Richtung der DNA mithilfe des elektrischen Feldes steuern und auf diese Weise Bewegungen in den DNA-Arm einführen. Wir können Docking erzeugenStellen auf der Grundplatte “ sagte Simmel. “Wir können daher die elektrischen Felder verwenden, um den Arm von einer definierten Position auf der Platte zu einer anderen zu bewegen. Wir können das Feld auch ausschalten, nachdem der Arm an einer bestimmten Andockstelle platziert wurde, wo es verbleibt, wennDie Bindungsstelle ist stark genug. “Die Änderung des elektrischen Feldes reicht aus, um eine Bewegung im Arm zu verursachen, sodass kein anderer externer Kraftstoff hinzugefügt werden muss.„ Die elektrische Manipulation der DNA ist sehr schnell und elektrische Felder können sogar zur Reduzierung verwendet werdendie Stabilität der DNA-Docking-Wechselwirkungen und damit die Entbindung des Arms von der Platte beschleunigen “ hinzugefügt Simmel.
Mögliche Fertigungsmöglichkeiten
Simmel sagt, dass der Arm das Potenzial hat, beim Aufbau komplexer molekularer Strukturen zu helfen. Ziel der Arbeit war es jedoch, einen effizienteren Weg zur Manipulation von DNA-Nanogeräten zu finden. "Es ist unwahrscheinlich, dass wir dies allgemein realisieren könnenZweck 'molekulare Herstellung bald, aber angesichts der richtigen Art der Chemie und geeigneter Aufnahme- und Freisetzungsmechanismen ist es denkbar, dass eine einfache Form der molekularen Herstellung möglich wird " sagte Simmel.
Via : Kurzweil , IEEE-Spektrum , Wissenschaft