Новые электрические двигатели для нанороботов

Ученые из Технического университета Мюнхена (TUM) разработали новую технологию электрических двигателей для нанороботов. Это позволяет молекулярным машинам двигаться в сто тысяч раз быстрее, чем с биохимическими процессами, используемыми до настоящего времени. Это делает нанороботов достаточно быстрыми, чтобы выполнять сборочные работы на молекулярных фабриках. Новые результаты исследований появились в качестве обложки 19 января в знаменитом научном журнале Science.

Вверх и вниз, вперед и назад. Точки света меняют направления своего движения. Они производятся светящимися молекулами, прикрепленными к концам крошечных роботов. Профессор Фридрих Симмель наблюдает за движением наномашин на мониторе флуоресцентного микроскопа. Простой щелчок мыши — все, что требуется, чтобы точки света двигались в другом направлении.

«Применяя электрические поля, мы можем произвольно поворачивать руки в плоскости», — объясняет глава кафедры физики синтетических биологических систем в Мюнхене. Его команда впервые смогла контролировать нанороботы электрически и в то же время установила рекорд: новая техника в 100 000 раз быстрее, чем при использовании всех предыдущих методов.

ДНК-оригами-роботы для заводов завтрашнего дня

Ученые во всем мире работают над новыми технологиями для нанороботов будущего. Они надеются, что в один прекрасный день они будут использованы для анализа биохимических образцов или производства активных медицинских препаратов. Необходимые миниатюрные машины уже могут быть произведены экономически эффективно с использованием технологии ДНК-оригами.

  Новые исследования бросают вызов существующим моделям черных дыр

Единственная причина, по которой эти молекулярные машины не были широко распространены на сегодняшний день, заключается в том, что они слишком медленны. Строительные блоки активируются ферментами, нитями ДНК или света, а затем выполняют конкретные задачи, например, для сбора и транспортировки молекул.

Однако традиционные нанороботы требуют минуты, чтобы выполнить эти действия, иногда даже часы. Поэтому эффективные линии молекулярной сборки не могут быть реализованы с использованием этих методов.

Электронное ускорение скорости

«Создание линии нанотехнологических сборок требует использования разных видов двигательных технологий. Мы придумали идею полностью отказаться от переключения биохимических наномашин в пользу взаимодействия между структурами ДНК и электрическими полями», — объясняет исследователь TUM Фридрих Симмель.

Принцип движительной технологии прост: молекулы ДНК имеют отрицательные заряды. Таким образом, биомолекулы могут быть перемещены путем применения электрических полей. Теоретически это должно позволить управлять нанороботами с помощью электрических импульсов.

Роботизированное движение под микроскопом

Чтобы определить, будут ли руки робота выстраиваться в линию с электрическим полем, исследователи приложили несколько миллионов нанороботов к стеклянной подложке и поместили их в держатель образца с электрическими контактами, разработанными специально для этой цели.

Каждая из миниатюрных машин, содержит руку длиной 400 нанометров с прикрепленной к жесткой 55 по 55 нанометровой базовой пластине с гибким соединением, изготовленное из неспаренных оснований. Эта конструкция гарантирует, что плечи могут вращаться произвольно в горизонтальной плоскости.

  Роботизированная сборка самого маленького дома в мире

В сотрудничестве с специалистами по флуоресценции, возглавляемыми профессором Доном К. Лэмбом из Университета Людвига Максимилиана в Мюнхене, исследователи отметили кончики рук робота с использованием молекул пигмента. Они наблюдали их движение с помощью флуоресцентного микроскопа. Затем они изменили направление электрического поля. Это позволило исследователям произвольно изменить ориентацию и контролировать процесс локомоции.

«Эксперимент показал, что молекулярные машины могут перемещаться и, следовательно, также приводиться в движение электрически», — говорит Фридрих Симмель. «Благодаря электронному процессу управления мы можем инициировать движения в миллисекундном масштабе времени и, таким образом, в 100 000 раз быстрее, чем при использовании ранее используемых биохимических подходов».

На пути к нанофабрике

Новая технология управления подходит не только для перемещения пигментов и наночастиц. Руки миниатюрных роботов также могут прикладывать силу к молекулам. Эти взаимодействия могут быть использованы для диагностики и фармацевтического развития, подчеркивает Фридрих Симмель. «Наноботы маленькие и экономичные. Миллионы из них могут работать параллельно, чтобы искать конкретные вещества в образцах или синтезировать сложные молекулы, и это все мало чем отличающиеся от конвейера».

Источник: ab-news.ru

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться для отправки комментария.