Исследователи из Мюнхенского технического университета под руководством профессора Фридриха Зиммеля (Friedrich Simmel) разработали новую технологию для передвижения нанороботов под действие электрического поля. Она позволит молекулярным машинам передвигаться в сто тысяч раз быстрее, чем в условиях существующих биохимических технологий. Увеличение скорости даст возможность нанороботам быстро и слаженно работать на молекулярных «конвейерах».
Исследователи всего мира активно используют нанотехнологии для вмешательства в работу клеток на молекулярном уровне. С их помощью изучаются биохимические процессы, создаются препараты для лечения серьезных заболеваний.
Молекулярная сборочная линия представляет собой сложный процесс, конечный результат которого – построение новой молекулы. Строительные компоненты этой системы активируются ферментами, светом или участками ДНК. Они собирают новые молекулы и транспортируют их к месту назначения.
Нынешние технологии не позволяют молекулярным машинам-наносборщикам работать достаточно быстро: для выполнения относительно простой операции им требуется несколько минут или даже часов.
Таким образом, для построения нанотехнологичной сборочной линии нужно использовать новый способ передвижения. Мюнхенские исследователи решили отказаться от биохимических процессов в пользу электрических.
Вращение нанокрана, управляемое электрическим полем
Принцип работы электруправляемых нанороботов довольно прост. Молекулы ДНК имеют отрицательный заряд, поэтому перемещение молекулы вдоль нитей ДНК можно индуцировать действием электрического поля. Другими словами, электрическими импульсами можно управлять сборочной линией.
Для подтверждения гипотезы был проведен эксперимент: несколько миллионов нанороботов закрепили на стеклянной основе и поместили в держатель в специально разработанной электрической цепи.
Каждый наноробот представлял собой жесткую пластину 55х55 нм, к которой присоединена рукоятка длиной до 400 нм по типу сустава: гибкое сочленение позволяло рукоятке свободно двигаться в горизонтальной плоскости относительно пластины.
В сотрудничестве со специалистами по флюоресценции из Мюнхенского университета Людвига Максимиллиана исследователи пометили наконечник рукоятки нанороботов пигментными молекулами, чтобы иметь возможность наблюдать за ее перемещением с помощью флюоресцентного микроскопа.
Ротация рукоятки наноробота (синего и красного цветов)
Меняя заряд электрического поля, исследователи наблюдали движение рукояток нанороботов в разном направлении, управляя таким образом процессом их передвижения.
Использование электричества ускорило процесс передвижения нанороботов в среднем в сто тысяч раз: теперь скорость измеряется в миллисекундной шкале.
Новая технология подходит не только для перемещения пигментов и наночастиц. Рукоятки нанороботов могут также воздействовать на молекулы. Это может быть использовано для диагностики и создания препаратов.
Нанороботы малы и экономичны. Миллионы нанороботов могут работать одновременно, осуществляя поиск конкретных веществ в образце или синтез сложных молекул.
Статья Enzo Kopperger et al. A self-assembled nanoscale robotic arm controlled by electric fieldsопубликована в журнале Science.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Technical University of Munich: Piecework at the nano assembly line.
