Krijimi i Robotëve ADN brenda disa minutave në vend të disa ditëve

Shkencëtarët besojnë se një ditë robotët e vegjël të bazuar në ADN dhe nano-pajisje të tjera do të shpërndajnë ilaçe brenda trupave tanë, do të zbulojnë praninë e patogjenëve vdekjeprurës dhe do të ndihmojnë në prodhimin e pajisjeve elektronike gjithnjë e më të vogla.

Studiuesit hodhën një hap të madh drejt asaj të ardhmeje duke zhvilluar një mjet të ri që mund të projektojë robotë AND dhe nano-pajisje shumë më komplekse nga sa ishin më pare, në një kohë të shkurtër.

Në një letër të botuar më 19 Prill 2021 në revistën Nature Materials, studiuesit nga Universiteti Shtetëror i Ohajos, i udhëhequr nga ish-studenti i doktoratës inxhinierike Chao-Min Huang, zbuluan softuerin e ri që ata e quajnë MagicDNA.

Softueri ndihmon studiuesit të hartojnë mënyra për të marrë fraksione të ADN-së dhe t’i kombinojnë ato në struktura komplekse me pjesë si helika dhe mentesha që mund të lëvizin dhe të kryejnë një sërë detyrash, përfshirë shpërndarjen e ilaçeve.

Studiuesit e kanë bërë këtë për disa vjet me mjete më të ngadalta e me hapa të lodhshëm manualë, tha Carlos Castro, bashkëautor i studimit dhe profesor i asociuar i inxhinierisë mekanike dhe hapësinore në shtetin e Ohajos.

“Por tani, nano-pajisjet që mund të na kenë dashur disa ditë për t’u hartuar, tani na marrin vetëm disa minuta,”- tha Castro.

Dhe tani studiuesit mund të krijojnë nano-pajisje më komplekse dhe të dobishme.

“Më parë, ne mund të ndërtonim pajisje me deri në gjashtë përbërës individualë dhe t’i lidhnim ato me nyje dhe mentesha dhe përpiqeshim t’i bënim ato të ekzekutojnë lëvizje komplekse,”- tha bashkëautori i studimit Hai-Jun Su, profesor i inxhinierisë mekanike dhe hapësinore në Shtetin e Ohajos .

“Me këtë softuer, nuk është e vështirë të bësh robotë ose pajisje të tjera me më shumë se 20 përbërës që janë shumë më të lehtë për t’u kontrolluar. Është një hap i madh në aftësinë tonë për të dizenjuar nano-pajisje që mund të kryejnë veprimet komplekse që ne duam të bëjnë.”

Programi kompjuterik ka një larmi avantazhesh që do të ndihmojnë shkencëtarët të hartojnë nano-pajisje më të mira dhe më të dobishme dhe, siç shpresojnë studiuesit, të vihen në përdorim të përditshëm sa më shpejt.

Një avantazh është se lejon studiuesit të kryejnë të gjithë dizajnin në 3D. Mjetet e mëparshme të dizajnit lejonin krijimin vetëm në 2D, duke i detyruar studiuesit të hartonin krijimet e tyre në 3D. Kjo do të thoshte që dizajnerët nuk mund t’i bënin pajisjet e tyre shumë komplekse.

Softueri gjithashtu lejon dizajnerët të ndërtojnë struktura të ADN-së “poshtë lart” ose “lart poshtë”.

Në projektin “nga poshtë lart”, studiuesit marrin fije individuale të ADN-së dhe vendosin se si t’i organizojnë ato në strukturën që ata dëshirojnë, gjë që lejon kontroll të detajuar mbi strukturën dhe pronat e pajisjes lokale.

Por ata gjithashtu mund të marrin një qasje “nga lart poshtë” ku të vendosin se si pajisja e tyre e përgjithshme duhet të formësohet gjeometrikisht dhe pastaj të automatizojnë se si bashkohen fijet e ADN-së.

Kombinimi i të dyjave lejon rritjen e kompleksitetit të gjeometrisë së përgjithshme duke ruajtur një kontroll të saktë mbi vetitë individuale të përbërësit, tha Castro.

Një tjetër element kryesor i softuerit është që lejon simulimet se si pajisjet e projektuara të ADN-së do të lëviznin dhe funksiononin në botën reale.

“Ndërsa i bëni këto struktura më komplekse, është e vështirë të parashikosh saktësisht se si do të duken dhe si do të sillen,”- tha Castro.

“Është thelbësore të jemi në gjendje të simulojmë se si do të funksionojnë në të vërtetë pajisjet tona. Përndryshe, ne humbasim shumë kohë.”

Si një demonstrim i aftësisë së softuerit, bashkëautorja Anjelica Kucinic, një studente doktorature në inxhinieri kimike dhe biomolekulare në shtetin e Ohajos, i udhëhoqi studiuesit në krijimin dhe karakterizimin e shumë nanostrukturave të dizenjuara nga softueri.

Disa nga pajisjet që ata krijuan përfshinin krahë robotësh me kthetra që mund të marrin sende më të vogla dhe një strukturë me madhësi njëqind nanometër që duket si një aeroplan (“Aeroplani” në këtë rast është 1000 herë më i vogël se gjerësia e qimeve të njeriut).

Aftësia për të bërë nano-pajisje më komplekse do të thotë që ata mund të bëjnë gjëra më të dobishme dhe madje të kryejnë detyra të shumta me një pajisje, tha Castro.

Për shembull, është një gjë të kesh një robot ADN që, pas injektimit në qarkullimin e gjakut, mund të zbulojë një patogjen të caktuar. “Por një pajisje më komplekse jo vetëm që mund të zbulojë se diçka e keqe po ndodh, por gjithashtu mund të reagojë duke lëshuar një ilaç ose duke kapur patogjenin,”- tha ai.

“Ne duam të jemi në gjendje të projektojmë robotë që i përgjigjen në një mënyrë të veçantë stimulit ose lëvizin në një mënyrë të caktuar.”

Castro tha se ai pret që në vitet e ardhshme, softueri MagicDNA të përdoret në universitete dhe laboratorë të tjerë kërkimore. Por përdorimi i tij mund të zgjerohet në të ardhmen.

“Do të ketë gjithnjë e më shumë interes tregtar në nanoteknologjinë e ADN-së,”- tha ai. “Unë mendoj se në 5-10 vitet e ardhshme ne do të fillojmë të shohim aplikime komerciale të nano-pajisjeve ADN dhe jemi optimistë se ky program mund të ndihmojë në nxitjen e kësaj.”