Днк оригами нанороботы
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 09.09.2024
Сложить журавлика из бумаги — легко! Сложить журавлика из молекулы ДНК. тоже легко! Немного усидчивости и мастерства позволяют своими руками создавать из бумаги настоящие произведения искусства. Молекулы ДНК, в свою очередь, не требуют специальных навыков и собираются в красивые структуры на подобие оригами легко и непринужденно!
Звучит как бред сумасшедшего, скажете вы. Отнюдь! Из этой статьи вы узнаете, как создать свою собственную фигурку оригами из ДНК, как похитить золото с помощью роботов, и кто победит в схватке между тараканом и ДНК-машиной.
ДНК-оригами - это укладка ДНК в наномасштабе для создания произвольных двух- и трехмерных форм на наноуровне . Специфичность взаимодействий между комплементарными парами оснований делает ДНК полезным строительным материалом благодаря дизайну ее последовательностей оснований. ДНК - это хорошо изученный материал, который подходит для создания каркасов, удерживающих другие молекулы на месте, или для создания самостоятельных структур.
ДНК-оригами было прикрытием журнала Nature 16 марта 2006 года. С тех пор ДНК-оригами вышло за рамки искусства и нашло ряд применений от систем доставки лекарств до использования в качестве схем в плазмонных устройствах; однако большинство коммерческих приложений все еще находятся в стадии разработки или тестирования.
СОДЕРЖАНИЕ
Обзор
Чтобы получить желаемую форму, изображения рисуются с растровой заливкой одной длинной молекулы ДНК . Затем этот дизайн вводится в компьютерную программу, которая рассчитывает размещение отдельных прядей скоб. Каждая скоба связывается с определенной областью матрицы ДНК, и, таким образом, благодаря спариванию оснований Уотсона-Крика необходимые последовательности всех цепей скобки известны и отображаются. ДНК смешивается, затем нагревается и охлаждается. По мере охлаждения ДНК различные скобы придают длинной нити желаемую форму. Конструкции можно непосредственно наблюдать с помощью нескольких методов, включая электронную микроскопию , атомно-силовую микроскопию или флуоресцентную микроскопию, когда ДНК соединяется с флуоресцентными материалами.
Методы самосборки снизу-вверх считаются многообещающими альтернативами, которые предлагают дешевый параллельный синтез наноструктур в относительно мягких условиях.
С момента создания этого метода было разработано программное обеспечение, помогающее процессу с использованием программного обеспечения САПР. Это позволяет исследователям использовать компьютер для определения способа создания правильных скоб, необходимых для формирования определенной формы. Одно из таких программ, называемое caDNAno, представляет собой программное обеспечение с открытым исходным кодом для создания таких структур из ДНК. Использование программного обеспечения не только упростило процесс, но и резко уменьшило количество ошибок, допускаемых при ручных вычислениях.
Приложения
В литературе было предложено множество потенциальных применений, включая иммобилизацию ферментов, системы доставки лекарств и нанотехнологическую самосборку материалов. Хотя ДНК не является естественным выбором для создания активных структур для приложений нанороботов, из-за отсутствия структурной и каталитической универсальности, в нескольких статьях была изучена возможность использования молекулярных ходунков в оригами и переключателей для алгоритмических вычислений. В следующих параграфах перечислены некоторые из заявленных применений, проведенных в лабораториях с клиническим потенциалом.
Исследователи из Института Висса Гарвардского университета сообщили о самосборке и самоуничтожении сосудов для доставки лекарств с использованием ДНК-оригами в лабораторных испытаниях. Созданный ими ДНК-наноробот представляет собой открытую ДНК-трубку с шарниром с одной стороны, который можно закрыть с помощью застежки. Пробирка с ДНК, заполненная лекарством, закрывается аптамером ДНК , сконфигурированным для идентификации и поиска определенного больного родственного белка. Как только нанороботы оригами добираются до инфицированных клеток, аптамеры распадаются и высвобождают лекарство. Первой моделью заболевания, которую использовали исследователи, были лейкемия и лимфома .
Исследователи из Национального центра нанонауки и технологий в Пекине и Университета штата Аризона сообщили о транспортном средстве доставки ДНК-оригами для доксорубицина , известного противоракового препарата. Лекарство было нековалентно прикреплено к наноструктурам ДНК-оригами посредством интеркаляции, и была достигнута высокая лекарственная нагрузка. Комплекс ДНК-доксорубицин поглощался раковыми клетками аденокарциномы молочной железы человека ( MCF-7 ) посредством клеточной интернализации с гораздо большей эффективностью, чем доксорубицин в свободной форме. Повышение активности уничтожения клеток наблюдалось не только в обычных MCF-7 , что более важно, также в резистентных к доксорубицину клетках. Ученые предположили, что ДНК-оригами , содержащая доксорубицин, ингибирует закисление лизосом , что приводит к перераспределению препарата в клетках по участкам действия, что увеличивает цитотоксичность по отношению к опухолевым клеткам.
ДНК свернута в октаэдр и покрыта одним двойным слоем фосфолипида , имитирующим оболочку вирусной частицы. Наночастицы ДНК, каждая размером примерно с вирион, могут оставаться в циркуляции в течение нескольких часов после инъекции мышам. Он также вызывает гораздо более низкий иммунный ответ, чем частицы без покрытия. Исследователи из Института Висса Гарвардского университета сообщают, что он представляет собой потенциальное использование для доставки лекарств.
Подобные подходы
Возникла и идея использования дизайна белков для достижения тех же целей, что и ДНК-оригами. Исследователи из Национального института химии в Словении работают над использованием рациональной конструкции из сворачивания белков для создания структур много , как те видели оригами ДНК. Основное внимание в текущих исследованиях в области дизайна сворачивания белков уделяется области доставки лекарств, в которой используются антитела, прикрепленные к белкам, как способ создания целевого носителя.
Химики из Университета Мюнхена, Калтеха и Гарвардской медицинской школы разработали уникальную технику, потенциально способную увеличить скорость работы нанороботов в 100 000 раз. Они разработали технологию ДНК-оригами, позволяющую молекулам ДНК принимать произвольные формы. Если эти структуры получится привести в движение, они и будут использоваться в качестве ДНК-нанороботов.
Статья по теме
Что касается потенциальных возможностей робота, немецкие специалисты собираются использовать его для контроля над химическими реакциями с помощью соединения молекул и ферментов. Помимо этого, он открывает большой потенциал в медицине, включая диагностики и 3D-печать новых молекул. Также их планируют использовать в вычислительной электронике.
Эта статья — плановое обновление всего, что вы знали о самых мощных инструментах, которые когда-либо сможет создать человечество: о нанотехнологиях. Питер Диамандис, известный предприниматель и инженер, глава и учредитель Фонда X-Prize, Planetary Resources и других инициатив, изложил свое видение на тему того, что происходит в лабораториях по всему миру, и какие потенциальные применения нанотехнологий ожидают сферу здравоохранения, энергетики, защиты окружающей среды, науки о материалах, хранение данных и их обработку.
Мгновенная регенерация — лишь часть возможностей нанороботов
Раз уж искусственный интеллект привлек в последнее время много внимания, очень скоро мы должны услышать и о невероятных прорывах в сфере нанотехнологий.
Истоки нанотехнологий
Дрекслер нарисовал картину мира, где вся библиотека Конгресса может поместиться на чипе размером с кубик сахара и где экологические скрубберы вычищают загрязняющие вещества прямо из воздуха.
Но прежде чем мы исследуем возможности нанотехнологий, давайте изучим основы.
Нанотехнологии — это наука, инженерия и технологии, проводимые на наноуровне, что составляет от 1 до 100 нанометров. По сути, эти манипулирование и управление материалами на атомном и молекулярном уровне.
Чтобы вы понимали, давайте представим, что такое нанометр:
- Отношение Земли к детскому кубику — это примерно отношение метра к нанометру.
- Это в миллион раз меньше длины муравья.
- Толщина листа бумаги — примерно 100 000 нанометров.
- Диаметр красной кровяной клетки — 7000—8000 нанометров.
- Диаметр цепочки ДНК — 2,5 нанометра.
Наноробот — это машина, которая может строить и манипулировать вещами точно и на атомном уровне.
Давайте рассмотрим несколько типов нанотехнологий, над которыми бьются исследователи.
Различные типы нанороботов и их применений
Например, они могут взломать любой компьютер
Вообще, нанороботов очень много. Вот лишь некоторые из них.
Основные сферы применения нано- и микромашин
Возможности применения таких нано- и микромашин практически безграничны. Например:
Как видите, это только начало. Возможности практически безграничны.
Нанотехнологии обладают потенциалом решить крупнейшие проблемы, с которыми сегодня столкнулся мир. Они могли бы улучшить производительность людей, обеспечить нас всеми необходимыми материалами, водой, энергией и едой, защитить нас от неизвестных бактерий и вирусов и даже уменьшить число причин для нарушения мира.
Если этого мало, рынок нанотехнологий просто огромен. К 2020 году мировая отрасль нанотехнологий вырастет до рынка в 75,8 миллиарда долларов.
Читайте также: