Pirmieji molekulinio roboto žingsniai

Vaikščiojanti molekulinė mašina, tokia maža, kad net neaptinkama mikroskopu, žengė pirmuosius savo žingsnius.

Tai pirmas kartas, kai kam nors pavyko realiuoju laiku pademonstruoti tokio mažo objekto – praminto mažuoju molekuliniu „ėjiku“ – įveiktą atstumą. Šis Oksfordo Universiteto chemikų laimėjimas, tai didelis žingsnis ilgame kelyje į „nanorobotų“ sukūrimą.

„Ateityje galime įsivaizduoti mažas mašinas, gebančias pernešti molekulės dydžio krovinius, kurias būtų galima panaudoti kaip statybos blokus labiau sudėtingos molekulinėms mašinoms; įsivaizduokite mažyčius pincetus, besidarbuojančius ląstelių viduje,“ – sakė Oksfordo Universiteto Chemijos departamento daktarė Gokce Su Pulce. „Pagrindinis tikslas – panaudoti molekulinius ėjikus sukuriant nanotransporto tinklus,“ – teigė mokslininkė.

Tačiau prieš nanorobotams norint bėgioti, jiems pirma reikia išmokti vaikščioti. Su paaiškina, jog tai nėra lengva užduotis.

Jau eilę metų tyrėjai demonstruoja, kaip judančios mašinos ir „ėjikai“ gali būti sukonstruoti iš DNR. Tačiau, reliatyviai kalbant, DNR yra gerokai stambesni dariniai nei molekuliniai „ėjikai“, be to DNR mašinos veikia tik vandenyje.

Didelė problema, tai jog mikroskopai geba užfiksuoti judančius objektus tik 10-20 nanometrų skalėje. Tai reiškia, jog mažas molekulinis „ėjikas“, kurio ilgis tesiekia 1 nanometrą, gali būti užfiksuotą tik žengęs 10 arba 15 žingsnių. Būtent todėl neįmanoma mikroskopo pagalba pasakyti ar „ėjikas“ atliko konkretų veiksmą, tarkim, „pašoko“ arba pakeitė savo poziciją. Dėl to negalima nustatyti molekulinio nanoboto tarpinės padėties.

Kaip skelbiama praėjusios savaitės Nature Nonotechnology žurnale, daktarė Su ir jos kolegos iš Oksfordo Bayley tyrimų grupės pasitelkė naują būdą realiuoju laiku nustatyti kiekvienam molekulinio „ėjiko“ žingsniui. Jų sprendimas? Jie sukūrė savąjį „ėjiką“ iš arseno turinčios molekulės, o jo judesius nustato ant ėjimo paviršiaus įtaisytų nano-porų (akučių) pagalba.

Nano-porų panaudojimas taip pat buvo kertinis sprendimas išrandant DNR šifravimo technologijas, sukurtas Bayley tyrimų grupės bei Oksfordo Nanopore Technologies kompanijos. Naudojant šią techniką, baltymų poros užfiksuoja per jas pereinančias molekules. Kiekviena molekulės bazė pereidama per nano-porą skirtingai sutrikdo elektros srovę. Fiksuojant šių srovių kitimo skirtumus galima iššifruoti DNR bazių „raides“ (A, C, G arba T).

Savo tyrime mokslininkai naudojosi nano-poromis, sudarytomis iš penkių „laiptelių“. Priklausomai ant kokio „laiptelio“ molekulinis robotas „užlipdavo“, buvo galima sužinoti, kaip jis judėjo per nano-porą. Su teigimu, neįmanoma „matyti“ judančio „ėjiko“, tačiau fiksuojant joninių srovių pakitimus porose, jam judant nuo vieno laiptelio iki kito, galima nusakyti jo judėsenos ypatumus.

Siekiant užtikrinti, kad molekulinis „ėjikas“ nenuskrietų šalin, mokslininkai jam sukūrė „pėdas“, kurios prilimpa prie tako, sukurdamos cheminius ryšius. Daktarė Su teigė, jog tai primena vaikščiojimą ant kilimo su klijais išteptais batais; „ėjikas“ su kiekvienu žingsniu prilimpa prie ėjimo tako. Šis sumanymas gali padėti sukurti molekulines mašinas, gebančias vaikščioti įvairiais paviršiais.

Su šia mažyte mašina nuveiktas mokslininkų darbas yra didelis laimėjimas, tačiau Su pirma pripažįsta, jog laukia dar daugybe kliūčių, kol programuojami nanorobotai taps realybe.

„Šiuo metu neturime didelės galimybės kontroliuoti „ėjiko“ judėjimo krypties; jis juda gan atsitiktine trajektorija,“ – teigė Su. „Iš baltymų sudarytas takas šiek tiek primena kalno šlaitą – yra kryptis kuria lengviau eiti, todėl „ėjikai“ veikiau ją ir rinksis. Mes tikimės pasinaudoti šia savybe kurdami trasas, kurios pačios nukreips „ėjiką“ mums norima kryptimi.“

Kitas žingsnis, bus priversti „ėjiką“ atlikti naudingas užduotis, pavyzdžiui, gabenti krovinį; jau dabar ant naudojamos nano-mašinos „galvos“ yra tinkamos vietos gabenti molekulei, kurią „ėjikas“ galėtų nugabenti į pasirinktą vietą.

„Mums turėtų pavykti sukurti paviršių, kuriame galėtumėme kontroliuoti „ėjiką“ bei stebėti jo veiksmus mikroskopu, šiam reaguojant su fluorascencinių savybių medžiagų sluoksniais. Tai leistų sukurti lustus su skirtingomis stotimis; „ėjikas“ galėtų kursuoti tarp šių stočių, gabendamas krovinius. Tai būtų nanotransportinių sistemų pradžia,“ – teigė Su.

Tai pirmi, mažyčiai ir nedrąsūs naujosios technologijos žingsneliai, tačiau mokslininkai žada, jog ateityje galima laukti kur kas didesnių šuolių.

Parengta pagal ox.ac.uk