DNAロボットの進化！わずか数分で複雑なナノ構造のデバイスが作成され、体内に入り、タスクを実行します。

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ビッグデータ概要

著者: ミッキー

SF映画には、マイクロロボットが体内に入り、有害な病原体を特定し、血管や臓器に薬を届けて病気を治すというシーンが必ず登場します。

科学者たちは、より複雑な DNA ロボットやナノデバイスを短時間で製造できる独自のツールを設計し、SF の実現に向けて大きな一歩を踏み出しました。

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4月19日にネイチャーマテリアルズ誌に掲載された論文の中で、オハイオ州立大学の科学者らは「MagicDNA」と呼ばれる独自のソフトウェアを発表した。

論文リンク: https://go.nature.com/3vtBXfR

小さなDNA鎖を使えば、わずか数分でナノロボットが作れる

MagicDNAは、科学者が極小のDNA鎖をヒンジやローターを備えた複雑な構造に組み合わせる技術を開発するのに役立つ可能性がある。これらのコンポーネントは体内に入り、薬物送達などさまざまなタスクを実行できるようになる。

DNA はナノデバイスの製造に使用されており、医療、ナノ製造、合成生物学、バイオセンシング、生物物理学など、多くの分野で応用されています。しかし、現在の DNA ナノデバイスは主に幾何学的設計に依存しているため、力の応答や作動動作などの機能特性の合理的な設計は依然として困難です。

オハイオ州立大学の機械・航空宇宙工学研究助教授カルロス・カストロ氏は、科学者らは長年、面倒な手作業と遅い装置を使ってこれを行ってきたと語った。

「この技術を使えば、数日ではなく数分でナノロボットを製造できる」とカストロ氏は語った。

そして現在、科学者たちはさらに複雑で価値のあるナノデバイスを開発しています。 「最大 6 つの異なる部品を備えたツールを開発し、それらをヒンジやジョイントと組み合わせて、複雑な動作を実行できます」とオハイオ州立大学の機械および航空宇宙工学教授である Hai-Jun Su 氏は語ります。「このソフトウェアを使用すると、最大 20 以上の制御可能な部品を備えたロボットやその他のデバイスを開発するのに課題がないわけではありません。複雑な操作を実行できるナノデバイスを開発することは、非常に重要なステップです。」

MagicDNA ソフトウェアで作成されたロボットナノデバイス。出典: オハイオ州立大学

このソフトウェアには、専門家がより優れた効率的なナノデバイスを設計するのに役立つ多くの利点があり、科学者は日常生活でそれらを使用するのにかかる時間を短縮することを期待しています。

3Dモードでナノロボットを完全に設計し、動作効果をシミュレートします。

このソフトウェアの本当に素晴らしい機能の 1 つは、科学者が実際に設計全体を 3D で実行できることです。同様のデバイスの以前の設計では 2D の作成物しかサポートされていなかったため、科学者は作成物を 3D に変換する必要がありました。

このソフトウェアにより、設計者は「トップダウン」または「ボトムアップ」の DNA 構造を作成することもできます。

「トップダウン」設計では、科学者は適切な DNA 鎖を拾い上げ、その後 DNA 鎖を自動的に組み合わせるために、デバイス全体を幾何学的に形作る方法を決定できます。しかし、研究者は特定の DNA 鎖を取り、それを望ましい構造に編成する方法を選択する「ボトムアップ」アプローチを採用することもできるため、ローカル デバイスの特性と構造を細かく制御できます。このソフトウェアのもう一つの重要なコンポーネントは、設計された DNA ツールが現実世界でどのように動き、機能するかをシミュレートできることです。

「こうした構造が複雑になるにつれ、その外観や機能を正確に予測することが難しくなります」とカストロ氏は言う。「そのため、こうしたツールが仮想環境でどのように機能するかをシミュレートできることが不可欠であり、これにより多くの時間を節約できます。」

論文の共著者で、オハイオ州立大学の生体分子および化学工学の博士課程の研究員であるアンジェリカ・クチニック氏は、このソフトウェアを使用して多くのナノ構造の作成を指揮した。

彼らが作ったツールの中には、小さな物体を拾い上げることができる爪の付いたロボットアームや、飛行機のような100ナノメートルサイズの構造体などがある。より複雑なナノデバイスを作製できるということは、より有用なことが可能になり、1つのツールでさまざまなタスクを実行できることを示唆しているとカストロ氏は述べた。

たとえば、血液中で機能し、特定の細菌を見つけることができる DNA ロボットを作成するなどです。

「より高度な『ロボット』は、何が起こっているのかを検知できるだけでなく、薬剤を放出したり病原体を捕らえたりして医療処置を施すこともできる」と同氏は語った。「私たちの主な目標は、刺激に選択的に反応したり、特定の方法で動いたりするロボットを開発することだ」

カストロ氏は、マジックDNAソフトウェアが今後数年間で研究室や大学でより重要な役割を果たすようになると考えていると述べた。

「DNAナノテクノロジーは商業的にますます普及するだろう」と同氏は語った。「今後5年から10年以内にDNAナノデバイスが商業的に利用可能になるだろうと私は信じており、このソフトウェアはその開発を加速させるのに役立つと信じている。」

資料参照:

https://robologiclab.com/magicdna-complex-tiny-dna-robots-produced-in-minutes/amp/https://github.com/cmhuang2011/MagicDNAhttps://mobile.twitter.com/chaominhuang1

[この記事は51CTOコラムBig Data Digest、WeChatパブリックアカウント「Big Data Digest（id: BigDataDigest）」のオリジナル翻訳です]

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