Un equipo de investigadores de la Universidad de Hokkaido y la Universidad de Kansai ha desarrollado robots moleculares asistidos por ADN que pululan de forma autónoma en respuesta a señales químicas y físicas, allanando el camino para el desarrollo de futuras nanomáquinas.
El "robot de enjambre" más pequeño del mundo mide 25 nanómetros de diámetro y 5 micrómetros de longitud, y exhibe un comportamiento de enjambre parecido a organismos móviles como peces, hormigas y pájaros.
"Los robots de enjambre son uno de los temas más esquivos de la robótica", dice Akira Kakugo, del equipo de investigación de la Universidad de Hokkaido. "Las escuelas de peces, las colonias de hormigas y las bandadas de aves muestran características fascinantes que las personas que actúan solas no pueden lograr.la formación de estructuras complejas, divisiones distintas de trabajo, robustez y flexibilidad, todo lo cual surge a través de interacciones locales entre los individuos sin la presencia de un líder ". Inspirados por estas características, los investigadores han estado trabajando para desarrollar robots de enjambre a microescala.
En el presente estudio, Kakugo y sus colaboradores han construido un sistema molecular que se compone de los tres componentes esenciales de un robot: sensores, procesadores de información y actuadores. Utilizaron proteínas celulares llamadas microtúbulos y kinesinas como actuador, y ADN comoEl procesador de la información. Los microtúbulos son proteínas filamentosas que sirven como los ferrocarriles en el sistema de transporte celular, mientras que las kinesinas son proteínas motoras que funcionan en los ferrocarriles al consumir energía química obtenida de la hidrólisis del trifosfato de adenosina ATP. El equipo tomó una estrategia inversa yconstruyó un sistema en el que los microtúbulos se mueven aleatoriamente sobre una superficie recubierta de kinesina.
Un desafío importante en la robótica de enjambres es la construcción de una gran cantidad de robots individuales capaces de autoensamblarse programable. El equipo abordó este problema al introducir moléculas de ADN en el sistema que se sabe que hibridan cuando tienen una secuencia complementaria.Las moléculas de ADN sintetizadas químicamente con ciertos programas en sus secuencias se conjugan con los microtúbulos marcados con tinte de fluorescencia verde o rojo.
El equipo luego monitoreó los movimientos de los microtúbulos conjugados con ADN que se deslizan sobre una superficie recubierta de kinesina. Inicialmente, cinco millones de microtúbulos se movieron sin ninguna interacción entre ellos. Luego agregaron el ADN conector de cadena sencilla l-DNA, programado parainiciar interacciones entre los microtúbulos unidos al ADN. Tras la introducción del ADN-l, los microtúbulos comenzaron a ensamblarse y formaron enjambres de un tamaño mucho mayor que los microtúbulos. Cuando otro ADN monocatenario d-ADN, programado para disociar else agregaron enjambres, los enjambres de microtúbulos desaparecieron pronto. Esto demostró que el enjambre de una gran cantidad de microtúbulos puede regularse de manera reversible al proporcionar selectivamente la señal de ADN de entrada en el sistema.
Además, agregaron un sensor fotosensible al sistema, azobenceno unido a las moléculas de ADN. Utilizaron la isomerización del azobenceno que ocurre de manera reversible en respuesta a la irradiación de luz visible o ultravioleta para encender o apagar la interacción entre las moléculas de ADN. Estopermitió el cambio inducido por la foto-irradiación entre el estado solitario y el enjambre de los microtúbulos. El equipo también demostró que los enjambres de microtúbulos se mueven con un movimiento de traslación o rotación dependiendo de la rigidez de los microtúbulos.
"Esta es la primera evidencia que muestra que el comportamiento de enjambre de los robots moleculares se puede programar mediante la computación de ADN. El sistema actúa como una computadora básica mediante la ejecución de operaciones matemáticas simples, como las operaciones AND u OR, que conducen a diversas estructuras y movimientos complejos.Se espera que dicho sistema contribuya al desarrollo de músculos artificiales y diagnósticos genéticos, así como a la construcción de nano máquinas en el futuro ", comentó Kakugo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Hokkaido . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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