Путешествие ДНК-ходока

Новый тип невидимо крошечных роботов ставит вопрос: как разместить интеллект в устройстве, чья самая большая движущаяся часть состоит из нескольких атомов? Одно из решений, по словам аспирантки Калтеха Надин Дабби, — встроить «ум» в окружающую среду.

На конференции TEDxCaltech Дабби представит одномолекулярного робота, способного следовать по «дорожке» из химических меток. В статье в Nature описан «молекулярный паук», которого можно заставить «идти» по заданному пути.

• Ноги и путь: «Ноги» паука сделаны из коротких сегментов ДНК, как и «молекулы субстрата», составляющие путь. Нога и субстрат могут временно связываться, но после этого субстрат становится чуть менее «липким». Следующая нога, коснувшаяся его, удерживается не так долго.
• Принцип движения: Эта разница в «липкости» создаёт поведение ходьбы. Ноги непрерывно двигаются случайным образом. Но поскольку они слабее удерживаются уже посещённым субстратом, общее движение стремится идти вперёд.
• Поле для пути: Дорожка выложена на поверхности самоорганизующейся биомолекулы, созданной методом «ДНК-оригами». Эта техника сплетает одну нить ДНК в пространственную структуру (прямоугольник). Короткие «скрепляющие» нити ДНК фиксируют структуру и служат якорями для молекул субстрата, определяющих путь. Грубая сетка 16 x 12 позволила создать прямые участки, изгибы и резкие повороты.
• Конструкция паука: У паука технически четыре «ноги», но он ходит на трёх. Четвёртая используется для привязки молекулы к стартовой позиции, пока химический сигнал от исследователей не разорвёт связь.
• Наблюдение: С помощью флуоресцентных маркеров и атомно-силовой микроскопии команда получила короткое «видео» движения паука по пути.
• Перспективы: Скорость паука измеряется в нанометрах в минуту. Однако, по размышлениям Дабби, с улучшением способности интерпретировать и изменять молекулярную среду, такой робот мог бы функционировать как биологический компьютер, выполняющий сложные алгоритмы.