در پیوندی نوآورانه میان زیستشناسی و نانوفناوری، پژوهشگران دانشگاه کارولینای شمالی (UNC) موفق به ساخت رباتهای نرم و میکروسکوپی شدهاند که رفتار سازگار موجودات زنده را تقلید میکنند.
این ساختارهای گلمانند که از بلورهای ترکیبی DNA و مواد معدنی ساخته شدهاند و «گلهای DNA» نام گرفتهاند، قادرند در عرض چند ثانیه باز و بسته شوند.
به گفته پژوهشگران، حرکت برگشتپذیر این ساختارها آنها را به یکی از پویاترین مواد در مقیاس نانو تبدیل کرده و چشمانداز تازهای برای سیستمهای واکنشگر در حوزه پزشکی، حسگرها و مواد هوشمند گشوده است.
رانیت فریمن، مدیر آزمایشگاه فریمن در UNC و نویسنده ارشد این پژوهش، در بیانیهای گفت: «در آینده، ممکن است گلهایی بلعیدنی یا کاشتنی طراحی شوند که با تغییر شکل خود، دوز مشخصی از دارو را در نقطه هدف آزاد کنند، نمونهبرداری انجام دهند یا لخته خون را از بین ببرند.»
نانوباتهای خوددگرگونشونده
این رباتهای میکروسکوپی گلمانند که از DNA و مواد غیرآلی ساخته شدهاند، میتوانند همانند موجودات زنده حرکت کرده و به محیط پیرامون خود واکنش نشان دهند.
در هر گل، مولکولهای DNA همچون سامانهای کنترلگر عمل میکنند و نحوه واکنش ساختار را نسبت به تغییراتی مانند دما، میزان اسیدی بودن یا سیگنالهای شیمیایی هدایت میکنند. این «گلهای DNA» بسته به شرایط محیط، میتوانند باز یا بسته شوند و حتی واکنشهای شیمیایی را فعال کنند؛ قابلیتی که به آنها امکان میدهد بهطور مستقل عمل کنند.
فناوری اصلی این طرح بر پایه «مونتاژ برنامهپذیر DNA» بنا شده است؛ در این روش، رشتههای DNA از پیش طراحیشده، ذرات نانو را به گونهای هدایت میکنند که به ساختارهای پیچیده تبدیل شوند. این مواد ترکیبی میتوانند با قرار گرفتن در معرض محرکهای گوناگون، به شکل برگشتپذیر تغییر شکل دهند؛ ویژگیای که از جفتشدن پیشبینیپذیر مولکولهای DNA و پایداری مواد غیرآلی مانند طلا یا اکسید گرافن ناشی میشود.
پژوهشگران میگویند این ترکیب از «برنامهریزی زیستی» و «نانومواد» زمینهساز نسل تازهای از رباتهای نرم است که میتوانند بارها تغییر شکل دهند، بدون آنکه ساختارشان آسیب ببیند.
در آینده، چنین سامانههای دگرگونشوندهای میتوانند برای رساندن دارو، حذف سموم یا انجام جراحیهای بسیار ظریف درون بدن به کار روند. افزون بر حوزه پزشکی، این فناوری ممکن است در پاکسازی محیط زیست نیز کاربرد داشته باشد؛ برای نمونه، با واکنش به آلایندهها یا تغییر شرایط محیطی.
ساختارهای پویا از جنس DNA
در این پروژه، دانشمندان با الهام از طبیعت، از حرکت مرجانها گرفته تا شکوفایی گلبرگها و شکلگیری بافتهای زنده، کوشیدند رفتار سازگار موجودات زنده را در مقیاس نانو بازآفرینی کنند.
هدف آنان بازسازی پیچیدگی طبیعت در سامانههای مصنوعی بود؛ سامانههایی که بتوانند محیط پیرامون خود را «درک» کنند و به آن پاسخ دهند؛دستاوردی که در این ابعاد همواره چالشی بزرگ به شمار میرفته است.
پژوهشگران این هدف را با چیدمان رشتههای DNA درون بلورهایی با شکل گل محقق کردند؛ بلورهایی که میتوانند بهصورت پویا نسبت به تغییرات محیط واکنش نشان دهند. هنگامی که محیط اسیدی میشود، گلبرگها در اثر تا خوردن DNA بسته میشوند و پس از بازگشت شرایط به حالت عادی، دوباره باز و آرام میگیرند.
این حرکت برگشتپذیر میتواند برای تعامل با بافتهای زیستی، آغاز واکنشهای شیمیایی یا آزادسازی مواد در بدن به کار رود.
تیم UNC میگوید هرچند این فناوری هنوز در مراحل آغازین است، اما در آینده میتواند برای انجام نمونهبرداریهای کمتهاجم یا رساندن هدفمند دارو استفاده شود. گلهای DNA قادرند درون بدن حرکت کنند، تفاوت میزان اسیدی بودن اطراف تومورها را تشخیص دهند و در واکنش به آن، دارو آزاد کنند یا نمونه جمعآوری کنند.
فراتر از پزشکی، این مواد انعطافپذیر میتوانند برای پاکسازی مناطق آلوده یا حتی در ذخیرهسازی داده مورد استفاده قرار گیرند؛ چرا که امکان ذخیره حجم عظیمی از اطلاعات دیجیتال را در فضایی بسیار کوچک و با مصرف انرژی بسیار کمتر از فناوریهای کنونی فراهم میکنند.
پژوهشگران در بیانیه خود تأکید کردهاند: «این دستاورد گامی مهم در جهت ساخت موادی است که میتوانند محیط خود را حس کرده و به آن واکنش نشان دهند—گامی که مرز میان سامانههای زنده و ماشینها را کمرنگتر میکند.»
دیدگاه ها