Eenmaal op het terrein van sciencefiction, "nanobots" zijn dichterbij dan ooit om realiteit te worden, met mogelijke toepassingen in de geneeskunde, productie, robotica en fluidica. Vandaag, wetenschappers rapporteren vooruitgang bij de ontwikkeling van de kleine machines:ze hebben nanobotpompen gemaakt die zenuwgas vernietigen, terwijl u tegelijkertijd een tegengif toedient.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de 256e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS).

Volgens Ayusman Sen, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project, dit onderzoek is voortgekomen uit meer algemeen onderzoek gericht op het maken van nanobots van enzymen. "We hebben gekeken hoe we chemische energie in beweging kunnen omzetten, " zegt hij. "We gebruiken de energie die wordt gegenereerd door katalytische reacties om de beweging van enzymen te veroorzaken."

Om zijn nanobots te maken, Sen en zijn groep aan de Pennsylvania State University gebruikten enzymen die in de natuur voorkomen. Dit zijn eiwitten die helpen bij het ontstaan ​​van specifieke chemische reacties, het omzetten van een reactant (grondstof) in een product.

Het besef dat enzymen kunnen bewegen bij het katalyseren van een reactie is een relatief nieuwe ontdekking. Eerder, wetenschappers dachten dat deze eiwitten door passieve diffusie in het cytoplasma van de cel dreven, hun reactanten en andere enzymen tegenkomen door min of meer toevallige interacties. Echter, Sen en anderen hebben onlangs aangetoond dat wanneer enzymen een reactie katalyseren, Ze verplaatsen. Onderzoekers weten nog steeds niet zeker hoe deze beweging plaatsvindt, maar het gaat waarschijnlijk om een ​​verandering in de vorm van het enzym bij katalyse. De groep van Sen heeft aangetoond dat deze eiwitten zelfs langs een pad naar hogere niveaus van reactant kunnen zwemmen. Deze eigenschappen maken enzymen een aantrekkelijk materiaal voor de ontwikkeling van nanobots.

"Als we enzymen nemen en ze aan een oppervlak verankeren, zodat ze niet kunnen bewegen, en we geven ze hun reactant, ze pompen uiteindelijk de vloeistof die hen omringt, Sen zegt. "Dus ze fungeren als miniatuur vloeistofpompen die voor verschillende toepassingen kunnen worden gebruikt." Hij merkt op dat de nanobots vloeistof pompen met een snelheid van enkele microliters - of miljoenste liter - per seconde.

Sen en zijn collega's maakten nanobots om organofosfaten te neutraliseren, een klasse van zenuwgassen. Blootstelling aan deze chemicaliën tijdens militaire gevechten of terroristische aanslagen kan permanente neurologische schade veroorzaken, en in sommige gevallen, dood. Een enzym, organofosforzuuranhydrolase genoemd, kunnen deze zenuwgassen vernietigen. De onderzoekers immobiliseerden dit enzym op een gel waarin ook een tegengif zat. Blootstelling aan organofosfaten activeert het enzym. "Het enzym pompt actief de organosfosfaatverbinding in en vernietigt het, en pompt tegelijkertijd een tegengif uit, " zegt Sen. Belangrijk is dat het systeem vereist geen externe stroombron omdat het enzym wordt gevoed door de organofosfaatreagens.

De nanobotpompen kunnen ooit worden verwerkt in beschermende kleding voor het leger of eerstehulpverleners, zegt Sen. Hij onderzoekt ook toepassingen voor nanobots op basis van andere enzymen, bijvoorbeeld, een insulinepompapparaat om diabetes te behandelen en een door enzymen aangedreven medicijnafgiftesysteem. De Pennsylvania State University heeft een patentaanvraag ingediend op de veelbelovende nieuwe technologie. "Als je pompen wilt maken die heel kleine hoeveelheden vloeistof op een heel precieze manier verpompen, dit is een manier om dat te doen, "zegt Sen.