Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Robot DNA Dirancang Hanya Dalam Hitungan Menit

 

Suatu hari nanti, para ilmuwan percaya, robot kecil berbasis DNA dan perangkat nano lainnya akan mengirimkan obat ke dalam tubuh kita, mendeteksi keberadaan patogen mematikan, dan membantu memproduksi elektronik yang semakin kecil.

Para peneliti mengambil langkah besar menuju masa depan itu dengan mengembangkan alat baru yang dapat merancang robot dan nanodevices DNA yang jauh lebih kompleks daripada sebelumnya dalam waktu singkat.

IMAGESGambar: geneticliteracyproject.org

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan hari ini (19 April 2021) di jurnal Nature Materials , para peneliti dari The Ohio State University - dipimpin oleh mantan mahasiswa doktoral teknik Chao-Min Huang - meluncurkan perangkat lunak baru yang mereka sebut MagicDNA.

Perangkat lunak ini membantu para peneliti merancang cara untuk mengambil untaian kecil DNA dan menggabungkannya ke dalam struktur kompleks dengan bagian-bagian seperti rotor dan engsel yang dapat bergerak dan menyelesaikan berbagai tugas, termasuk pengiriman obat.

Para peneliti telah melakukan ini selama beberapa tahun dengan alat yang lebih lambat dengan langkah manual yang membosankan, kata Carlos Castro, salah satu penulis studi dan profesor teknik mesin dan ruang angkasa di Ohio State.

"Tapi sekarang, perangkat nano yang mungkin membutuhkan beberapa hari untuk kami desain sebelumnya, sekarang hanya membutuhkan beberapa menit," kata Castro.

Dan sekarang para peneliti dapat membuat layanan nano yang jauh lebih kompleks - dan berguna.

"Sebelumnya, kami dapat membuat perangkat dengan hingga sekitar enam komponen individu dan menghubungkannya dengan sambungan dan engsel dan mencoba membuatnya melakukan gerakan yang kompleks," kata rekan penulis studi Hai-Jun Su, profesor teknik mesin dan kedirgantaraan di Ohio State. .

"Dengan perangkat lunak ini, tidak sulit untuk membuat robot atau perangkat lain dengan lebih dari 20 komponen yang jauh lebih mudah dikendalikan. Ini adalah langkah besar dalam kemampuan kami untuk merancang perangkat nano yang dapat melakukan tindakan kompleks yang kami ingin mereka lakukan. . "

Perangkat lunak ini memiliki berbagai keunggulan yang akan membantu para ilmuwan merancang layanan nano yang lebih baik dan lebih membantu dan - peneliti berharap - mempersingkat waktu sebelum digunakan sehari-hari.

Salah satu keuntungannya adalah memungkinkan peneliti untuk melaksanakan seluruh desain dengan benar-benar dalam 3D. Alat desain sebelumnya hanya mengizinkan pembuatan dalam 2D, memaksa peneliti untuk memetakan kreasi mereka ke dalam 3D. Itu berarti desainer tidak dapat membuat perangkat mereka terlalu rumit.

Perangkat lunak ini juga memungkinkan perancang untuk membangun struktur DNA "bottom up" atau "top down".

Dalam desain "bottom up", peneliti mengambil untaian DNA individu dan memutuskan bagaimana mengaturnya ke dalam struktur yang mereka inginkan, yang memungkinkan kontrol yang baik atas struktur dan properti perangkat lokal.

Tetapi mereka juga dapat mengambil pendekatan "dari atas ke bawah" di mana mereka memutuskan bagaimana perangkat mereka secara keseluruhan perlu dibentuk secara geometris dan kemudian mengotomatiskan bagaimana untaian DNA disatukan.

Menggabungkan keduanya memungkinkan untuk meningkatkan kompleksitas geometri secara keseluruhan sambil mempertahankan kontrol yang tepat atas properti komponen individu, kata Castro.

Elemen kunci lain dari perangkat lunak ini adalah memungkinkan simulasi tentang bagaimana perangkat DNA yang dirancang akan bergerak dan beroperasi di dunia nyata.

"Saat Anda membuat struktur ini lebih kompleks, sulit untuk memprediksi dengan tepat seperti apa mereka akan terlihat dan bagaimana mereka akan berperilaku," kata Castro.

"Sangatlah penting untuk dapat mensimulasikan bagaimana perangkat kami akan beroperasi. Jika tidak, kami membuang banyak waktu."

Sebagai demonstrasi kemampuan perangkat lunak, penulis bersama Anjelica Kucinic, seorang mahasiswa doktoral di bidang teknik kimia dan biomolekuler di Ohio State, memimpin para peneliti dalam membuat dan mengkarakterisasi banyak struktur nano yang dirancang oleh perangkat lunak tersebut.

Beberapa perangkat yang mereka buat termasuk lengan robot dengan cakar yang dapat mengambil benda-benda yang lebih kecil, dan struktur berukuran ratusan nanometer yang terlihat seperti pesawat terbang ("Pesawat" 1000 kali lebih kecil dari lebar rambut manusia).

Kemampuan untuk membuat perangkat nano yang lebih kompleks berarti mereka dapat melakukan lebih banyak hal berguna dan bahkan melakukan banyak tugas dengan satu perangkat, kata Castro.

Misalnya, memiliki robot DNA yang, setelah disuntikkan ke dalam aliran darah, dapat mendeteksi patogen tertentu adalah satu hal.

"Tetapi perangkat yang lebih kompleks mungkin tidak hanya mendeteksi bahwa sesuatu yang buruk sedang terjadi, tetapi juga dapat bereaksi dengan melepaskan obat atau menangkap patogen," katanya.

"Kami ingin dapat merancang robot yang merespons dengan cara tertentu terhadap stimulus atau bergerak dengan cara tertentu."

Castro berharap dalam beberapa tahun ke depan, perangkat lunak MagicDNA akan digunakan di universitas dan laboratorium penelitian lainnya. Namun penggunaannya bisa meluas di masa depan.

"Ada semakin menjadi lebih dan lebih komersial minat nanoteknologi DNA," katanya. "Saya pikir dalam lima hingga 10 tahun ke depan kami akan mulai melihat aplikasi komersial dari layanan nanode DNA dan kami optimis bahwa perangkat lunak ini dapat membantu mendorongnya."

Powered By NagaNews.Net