Cercetări recente explorează posibilitatea de a construi maşinării extrem de mici din ADN, capabile să funcţioneze la nivel molecular. Aceste sisteme sunt încă în stadiu experimental, dar ar putea deschide noi direcţii în medicină şi tehnologie, dacăprovocările tehnice actuale vor fi depăşite.
O echipă de cercetători analizează utilizarea ADN-ului nu doar ca purtător de informaţie genetică, ci şi ca material de construcţie pentru roboţi moleculari. Aceste structuri sunt concepute să funcţioneze la scară foarte mică, cu obiectivul pe termen lung de a circula prin sânge, de a identifica celule bolnave, inclusiv celule canceroase, şi de a livra tratamente cu o precizie ridicată.
În paralel, cercetătorii consideră că astfel de sisteme ar putea contribui la dezvoltarea unor dispozitive de stocare a datelor şi de calcul la scară moleculară.
Tehnologia se află însă într-o fază incipientă. Majoritatea roboţilor din ADN se află încă în stadiul de concept şi nu de instrumente utilizabile în practică.
Cu toate acestea, domeniul avansează pe măsură ce oamenii de ştiinţă învaţă să proiecteze structuri de ADN care se pot îndoi, plia şi deplasa controlat.
O analiză recentă descrie mai multe strategii de proiectare: unele sisteme folosesc articulaţii rigide pentru stabilitate, în timp ce altele utilizează componente flexibile sau structuri care se pliază, inspirate din tehnica origami. Adaptarea principiilor din robotica clasică la scară moleculară permite realizarea unor dispozitive capabile să execute sarcini specifice cu o mai bună precizie.
Controlul acestor roboţi reprezintă însă o provocare majoră. Ei trebuie să funcţioneze într-un mediu dominat de coliziuni moleculare constante.
Pentru a depăşi această limitare, cercetătorii folosesc metode de control bazate pe chimie şi fizică. Printre acestea se numără tehnici biochimice precum deplasarea catenelor de ADN (un mecanism prin care o secvenţă de ADN înlocuieşte o alta), dar şi stimuli externi, cum ar fi câmpurile electrice, câmpurile magnetice sau lumina.
Prin programarea interacţiunilor dintre diferite secvenţe de ADN, cercetătorii pot declanşa mişcări sau schimbări de formă cu precizie, astfel încât robotul să urmeze instrucţiuni moleculare predefinite.
Aplicaţiile potenţiale depăşesc domeniul laboratorului.
În medicină, aceşti roboţi ar putea acţiona ca un soi de „nanochirurgi”, identificând ţinte specifice şi livrând tratamentul direct la nivelul acestora.
În teorie, o astfel de precizie ar putea creşte eficienţa terapiilor şi ar reduce afectarea ţesuturilor sănătoase.
De asemenea, au fost studiate dispozitive pe bază de ADN capabile să capteze virusuri precum SARS-CoV-2, care provoacă Covid-19, ceea ce sugerează posibilitatea unor sisteme care să combine diagnosticul şi tratamentul.
În afara medicinei, tehnologia ar putea influenţa şi procesele de fabricaţie la nivel atomic. Roboţii din ADN ar putea funcţiona ca şabloane programabile care poziţionează nanoparticule cu precizie subnanometrică, adică la o scară mai mică de o miliardime de metru. Acest lucru ar putea facilita dezvoltarea calculatoarelor moleculare şi a dispozitivelor optice cu performanţe greu de obţinut prin metodele actuale.
În ciuda progreselor, există limitări importante. Mişcarea browniană, acea mişcare aleatorie a particulelor la scară microscopică, face dificilă obţinerea unui controlul precis.
În plus, multe dintre sistemele actuale sunt statice şi izolate, cu funcţionalitate limitată. Domeniul nu dispune încă de infrastructura necesară, cum ar fi baze de date detaliate privind proprietăţile mecanice ale ADN-ului sau instrumente de simulare care să prezică fidel comportamentul acestor structuri.
Autorii recentei analize consideră că depăşirea acestor obstacole va necesita colaborare între mai multe domenii. Ei indică dezvoltarea unor biblioteci standardizate de componente din ADN, utilizarea inteligenţei artificiale (AI) pentru proiectare şi îmbunătăţirea metodelor de biofabricaţie ca paşi esenţiali pentru extinderea şi aplicarea acestei tehnologii.
Studiul a fost realizat de cercetători de la Harbin Institute of Technology din China, şi sintetizează stadiul actual al cercetării în domeniul roboţilor moleculari pe bază de ADN.
