Jedním z velkých hitů nanoinženýrů jsou modulární roboti postavení s využitím DNA origami. Některé týmy experimentují s origami strukturami z vláken DNA, z nichž by mohly vzniknout nanoskopické systémy pro medicínské aplikace.
Mezinárodní výzkumný tým, který vedla doktorandka Martina Pfeifferová z Univerzity Ludvíka Maxmiliána v Mnichově a jehož součástí byli i vědci Emoryho univerzity a Georgijského technologického institutu, nedávno představil nové nanoroboty, založené na nastavitelných strukturách DNA origami (DNA origami array). Jsou to v podstatě sítě propojených jednotek tvořených DNA origami, které lze naprogramovat tak, aby reagovaly na různé signály z okolního prostředí. Tyto jednotky rovněž mohou mezi sebou komunikovat.
Badatelé chápou soustavy vytvořené z DNA origami jako hardwarový systém, jehož vlastnosti a chování lze naprogramovat pomocí struktury DNA. Soustavy DNA origami mohou být „nabity“ energií ukládanou do vláken DNA ve formě mechanického napětí. Tato vlákna DNA pak umožňují nanorobotům využívat uloženou energii a být v autonomní provozu, aniž by potřebovali vnější zdroje energie.
Podle vědců je to trochu podobné natahovacímu autíčku, v němž se natahováním pružiny ukládá energie v podobě mechanického napětí. Vytvořili nanoskopický stroj na mechanické baterie, který počítá a pracuje podle údajů, které byly předem zakódovány do struktur DNA origami.
Nanoroboti založení na DNA origami vytvořeném s využitím „hardwaru“ s vícestavovým systémem, podobným FPGA, který lze programovat pomocí sady „softwarových“ nástrojů zahrnujících zámky, zesilovače, transformátory, časovací jednotky, jednorázový náběh a posun či uvolnění nákladu, by mohli být po dotažení vývoje testováni v konkrétních medicínských aplikacích. Pozoruhodné je, že systém dokáže interagovat s různými typy molekul, proteinů, a dokonce i se světlem, což by si donedávna představil jen málokdo.
| DNA origami |
| Technologie využívající specifické interakce mezi nukleovými kyselinami k sestavení přesných dvou- a třírozměrných nanostruktur nanometrových rozměrů. Racionálním návrhem základních podjednotek DNA polymeru se DNA může sama sestavit do různých tvarů. Proces konstrukce DNA origami zahrnuje skládání dlouhého jednoho řetězce virové DNA s pomocí několika menších „sponkových“ řetězců. Tyto kratší řetězce se na různých místech vážou na delší, což vede k vytvoření předem definovaného dvou- nebo trojrozměrného tvaru. Řetězce DNA mají přirozenou tendenci vázat se na své komplementární sekvence prostřednictvím Watson-Crickova párování bází. To umožňuje staplovým řetězcům lokalizovat svou pozici na strukturním řetězci bez jakékoli vnější manipulace, což vede k samosestavení požadované struktury. Jednou z výhod použití nanostruktury DNA origami oproti jinak klasifikované nanostruktuře DNA je snadná definice konečných struktur. Při návrhu některých jiných nanostruktur DNA může být nepraktické navrhovat extrémně velký počet individualizovaných vláken, pokud je celá struktura složena z menších vláken. Jednou z metod, jak se vyhnout potřebě obrovského počtu různých vláken, je použití opakujících se jednotek, což má nevýhodu v podobě distribuce velikostí a někdy i tvarů. DNA origami však vytváří diskrétní struktury. Aplikace DNA origami se primárně zaměřují na schopnost jemně řídit systémy, zejména omezením pozic molekul, typicky připojením k nanostrukturám DNA origami. Současné aplikace se primárně zaměřují na snímání a podávání léků, ale bylo zkoumáno mnoho dalších aplikací včetně nanorobotiky. |