I ricercatori hanno creato e osservato un robot molecolare capace di molti passaggi, e di prendere decisioni su dove andare e per quanto tempo rimanere. Mentre il robot cammina sul substrato, cambia ogni pezzo tagliandone una parte. Se tocca un punto che è già stato tagliato, non dura così a lungo. La fine della traccia si illumina di rosso e cattura il robot, facendo sapere ai ricercatori quando ha completato la sua passeggiata. Il robot si illumina di verde, permettendo ai ricercatori di vederlo meglio. Credito:Zina Deretsky, Fondazione Nazionale della Scienza
Ricercatori della Columbia University, Università statale dell'Arizona, l'Università del Michigan e il California Institute of Technology (Caltech) hanno creato e programmato robot delle dimensioni di una singola molecola che possono muoversi indipendentemente su un binario su nanoscala. Questo sviluppo, delineato nell'edizione del 13 maggio della rivista Natura , segna un importante progresso nei campi nascenti dell'informatica molecolare e della robotica, e un giorno potrebbe portare a robot molecolari in grado di riparare singole cellule o assemblare prodotti nanotecnologici.
Il progetto è stato guidato da Milan N. Stojanovic, un membro della facoltà nella divisione di terapie sperimentali presso la Columbia University, che ha collaborato con Erik Winfree, professore associato di informatica al Caltech, Hao Yan, professore di chimica e biochimica all'Arizona State University ed esperto di nanotecnologie del DNA, e con Nils G. Walter, professore di chimica e direttore del Single Molecule Analysis in Real-Time (SMART) Center presso l'Università del Michigan ad Ann Arbor. Il loro lavoro è stato in parte sostenuto dalla National Science Foundation.
La parola "robot" fa pensare alla maggior parte delle persone a macchine solide che utilizzano circuiti informatici per eseguire lavori definiti, come passare l'aspirapolvere su un tappeto o saldare insieme automobili. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno lavorato per creare robot che potrebbero anche svolgere in modo affidabile compiti utili, ma a livello molecolare. Questo è, inutile dire, non un semplice tentativo, e comporta la riprogrammazione delle molecole di DNA per agire in modi specifici. "Puoi istruire una biomolecola a muoversi e funzionare in un certo modo - ricercatori all'interfaccia dell'informatica, chimica, la biologia e l'ingegneria stanno cercando di fare proprio questo, "dice Mitra Basu, un direttore del programma presso NSF responsabile del supporto dell'agenzia a questa ricerca.
Il recente lavoro di robotica molecolare ha prodotto i cosiddetti DNA walker, o stringhe di DNA riprogrammato con "gambe" che hanno permesso loro di camminare brevemente. Ora questo gruppo di ricerca ha dimostrato che questi ragni robotici molecolari possono infatti muoversi autonomamente attraverso un sistema appositamente creato, paesaggio bidimensionale. I ragni agivano in modi robotici rudimentali, dimostrando di essere in grado di avviare il movimento, camminando per un po', girando, e fermarsi.
Oltre ad essere incredibilmente piccoli - circa 4 nanometri di diametro - i camminatori si muovono anche lentamente, coprendo 100 nanometri in tempi che vanno da 30 minuti a un'ora intera eseguendo circa 100 passaggi. Questo è un miglioramento significativo rispetto ai precedenti camminatori del DNA che erano in grado di eseguire solo circa tre passaggi.
Mentre il campo della robotica molecolare sta ancora emergendo, è possibile che queste piccole creazioni possano un giorno avere importanti applicazioni mediche. "Questo lavoro un giorno potrebbe portare a un controllo efficace delle malattie croniche come il diabete o il cancro, " dice Basu.
Secondo Stojanovich, queste applicazioni pratiche sono ancora lontane molti anni, ma lui ei suoi colleghi sperano di continuare il loro lavoro alle fondamenta di questo giovane campo. Stojanovich ritiene che il loro lavoro futuro richiederà anche ampie collaborazioni, con ognuno di loro che porta in tavola una competenza specifica, come è avvenuto nella ricerca pubblicata oggi. "Se togliete qualcuno di noi con la nostra competenza disciplinare fuori da questo, " Stojanovic ha detto in un'intervista "questo giornale sarebbe crollato e non sarebbe mai stato quello che è ora".
