Onderzoekers van de Columbia University, Staatsuniversiteit van Arizona, de University of Michigan en het California Institute of Technology (Caltech) hebben robots ter grootte van een enkel molecuul gemaakt en geprogrammeerd die onafhankelijk over een baan op nanoschaal kunnen bewegen. Deze ontwikkeling, beschreven in de 13 mei-editie van het tijdschrift Natuur , markeert een belangrijke vooruitgang in de ontluikende velden van moleculaire informatica en robotica, en zou ooit kunnen leiden tot moleculaire robots die individuele cellen kunnen repareren of nanotechnologieproducten kunnen assembleren.

Het project werd geleid door Milan N. Stojanovic, een faculteitslid in de afdeling experimentele therapieën aan de Columbia University, die samenwerkte met Erik Winfree, universitair hoofddocent computerwetenschappen bij Caltech, Hoi Yan, hoogleraar scheikunde en biochemie aan de Arizona State University en een expert in DNA-nanotechnologie, en met Nils G. Walter, hoogleraar scheikunde en directeur van het Single Molecule Analysis in Real-Time (SMART) Center aan de Universiteit van Michigan in Ann Arbor. Hun werk werd mede mogelijk gemaakt door de National Science Foundation.

Het woord 'robot' doet de meeste mensen denken aan solide machines die computercircuits gebruiken om gedefinieerde taken uit te voeren, zoals het stofzuigen van een tapijt of het aan elkaar lassen van auto's. In recente jaren, wetenschappers hebben gewerkt aan het maken van robots die ook op betrouwbare wijze nuttige taken kunnen uitvoeren, maar op moleculair niveau. Dit is, onnodig te zeggen, geen eenvoudige poging, en het omvat het herprogrammeren van DNA-moleculen om op specifieke manieren te presteren. "Kun je een biomolecuul instrueren om op een bepaalde manier te bewegen en te functioneren - onderzoekers op het grensvlak van de informatica, scheikunde, biologie en techniek proberen precies dat te doen, " zegt Mitra Basu, een programmadirecteur bij NSF die verantwoordelijk is voor de ondersteuning van dit onderzoek door het bureau.

Recent moleculair robotwerk heeft zogenaamde DNA-walkers voortgebracht, of snaren van geherprogrammeerd DNA met 'benen' waardoor ze even konden lopen. Nu heeft dit onderzoeksteam aangetoond dat deze moleculaire robotspinnen in feite autonoom kunnen bewegen door een speciaal gecreëerde, tweedimensionaal landschap. De spinnen handelden op rudimentaire robotachtige manieren, laten zien dat ze in staat zijn om beweging te starten, even wandelen, draaien, en stoppen.

Behalve dat ze ongelooflijk klein zijn - ongeveer 4 nanometer in diameter - bewegen de wandelaars zich ook langzaam, 100 nanometer in tijden variërend van 30 minuten tot een heel uur door ongeveer 100 stappen te nemen. Dit is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van eerdere DNA-walkers die slechts ongeveer drie stappen konden.

Terwijl het gebied van moleculaire robotica nog steeds in opkomst is, het is mogelijk dat deze kleine creaties ooit belangrijke medische toepassingen zullen hebben. "Dit werk kan op een dag leiden tot een effectieve bestrijding van chronische ziekten zoals diabetes of kanker, ' zegt Bas.

Volgens Stojanovitsj, deze praktische toepassingen zijn nog vele jaren uit, maar hij en zijn collega's hopen hun werk voort te zetten in de fundamenten van dit jonge veld. Stojanovich gelooft dat hun toekomstige werk ook uitgebreide samenwerkingen vereist, waarbij elk van hen een specifieke expertise ter tafel brengt, zoals het geval was in het vandaag gepubliceerde onderzoek. "Als je iemand van ons met onze disciplinaire expertise hieruit haalt, Stojanovic zei in een interview dat "deze krant zou zijn ingestort en nooit zou zijn wat het nu is."