En algún momento en un futuro no muy lejano, los investigadores creen que minúsculos robots basados en ADN y otros nanodispositivos transportarán medicamentos dentro de nuestros cuerpos, identificarán la presencia de microorganismos letales y ayudarán a fabricar hardware progresivamente más modesto. Los científicos avanzaron hacia ese futuro mediante la construcción de otro aparato que puede diseñar robots y nanodispositivos de ADN sustancialmente más desconcertantes de lo que nunca antes había sido concebible en una pequeña parte del tiempo. Los analistas han construido un instrumento que puede planificar robots y nanodispositivos de ADN complejos en minutos en lugar de días.
En un artículo publicado hoy en la revista Nature Materials, especialistas de la Universidad Estatal de Ohio, dirigidos por el estudiante de doctorado en diseño anterior Chao-Min Huang, revelaron una nueva programación que llaman MagicDNA. El producto ayuda a los científicos con métodos de planificación para tomar hebras minúsculas de ADN y consolidarlas en diseños complejos con partes como rotores y pivotes que pueden moverse y completar una variedad de tareas, incluido el transporte de medicamentos. Una ventaja es que permite a los analistas hacer todo el plan realmente en 3D. Los aparatos de planificación anteriores solo permitían la creación en 2-D, lo que restringía a los especialistas a planificar sus manifestaciones en 3-D. Eso implicaba que los arquitectos no podían hacer que sus dispositivos fueran demasiado alucinantes.
El producto también permite a los diseñadores fabricar estructuras de ADN 'de base hacia arriba' o 'de arriba hacia abajo'. En el plan de 'base arriba', los científicos toman hebras singulares de ADN y concluyen cómo juntarlas en el diseño que necesitan, lo que permite una gran autoridad sobre la construcción y las propiedades del dispositivo cercano. Sin embargo, también pueden adoptar un enfoque 'de arriba hacia abajo' en el que elijan cómo se debe formar matemáticamente su dispositivo general y luego robotizar cómo se ensamblan las hebras de ADN. La consolidación de los dos tiene en cuenta la expansión de la complejidad de las matemáticas generales mientras se mantiene el poder exacto sobre las propiedades de los segmentos singulares. Otro componente vital del producto es que permite recreaciones de cómo los dispositivos de ADN planificados se moverían y funcionarían en la realidad.
El producto ayuda a los científicos con enfoques de planificación para tomar hebras minúsculas de ADN y unirlas en diseños complejos con partes como rotores y pivotes que pueden moverse y completar una variedad de tareas, incluido el transporte de medicamentos. Los especialistas han estado haciendo esto durante varios años con dispositivos más lentos con monótonos avances manuales, dijo Carlos Castro, coautor de la investigación y profesor asociado de diseño mecánico y aeronáutico en Ohio State.
Según Castro, los nanodispositivos que antes les tomaban unos días a los científicos planificarlos, ahora solo les toman un par de minutos. Además, actualmente los científicos pueden fabricar nanodispositivos significativamente más impredecibles y valiosos. El co-creador Hai-Jun Su, profesor de diseño mecánico y de aviación en Ohio State, dice que debido a la experiencia previa, pueden fabricar dispositivos con hasta alrededor de seis segmentos individuales y asociarlos con juntas y pivotes e intentar hacer que se ejecuten. movimientos complejos.
Agrega además que con la ayuda de este producto, no es difícil hacer robots u otros dispositivos con hasta 20 segmentos que son mucho más fáciles de controlar. Es un avance gigantesco en su capacidad para diseñar nanodispositivos que pueden realizar las complejas actividades que los científicos necesitan que hagan. El producto tiene una variedad de beneficios que ayudarán a los investigadores a planificar mejores nanodispositivos de apoyo y, según confían los científicos, acortar el tiempo antes de que estén en uso normal.
Una de las ventajas es que permite a los especialistas hacer todo el plan realmente en 3D. Los dispositivos de diseño anteriores solo permitían la creación en 2D, lo que restringía a los especialistas a planificar sus manifestaciones en 3D. Que los creadores implícitos no podían hacer que sus dispositivos fueran demasiado alucinantes. La consolidación de los dos tiene en cuenta la complejidad creciente de las matemáticas generales mientras se mantiene el control exacto sobre las propiedades de los segmentos singulares, dijo Castro. Otro componente crítico del producto es que permite recreaciones de cómo los dispositivos de ADN planificados se moverían y funcionarían en la realidad.
Según lo que dice Castro, cuanto más intrincados están hechos estos diseños, más difícil se vuelve determinar a qué se parecerán y cómo funcionarán. Es básico tener la opción de imitar cómo funcionarán realmente los dispositivos. De lo contrario, los científicos queman una tonelada de tiempo. Como demostración de la capacidad del producto, la cocreadora Anjelica Kucinic, estudiante de doctorado en sustancia y diseño biomolecular en el estado de Ohio, impulsó a los investigadores a crear y representar numerosas nanoestructuras planeadas por el producto.
Una parte de los dispositivos que fabricaron incluían brazos robóticos con patas que pueden conseguir cosas más modestas y una construcción de 100 nanómetros que se asemeja a un avión (el 'avión' es varias veces menor que el ancho de un cabello humano). La capacidad de hacer nanodispositivos más impredecibles implica que pueden lograr cosas más valiosas e incluso completar varias tareas con un solo dispositivo, dijo Castro.
Por ejemplo, una cosa es tener un robot de ADN que, después de la infusión en el sistema circulatorio, pueda reconocer un microbio específico. Castro dijo que prevé que durante los próximos, no muchos años, la programación MagicDNA se utilizará en las universidades y otros laboratorios de investigación. Sea como fuere, su utilización podría extenderse más adelante.
“Se está teniendo la oportunidad de que cada vez haya más interés empresarial en la nanotecnología del ADN”, dijo. “Creo que en los próximos cinco a 10 años comenzaremos a ver usos comerciales de los nanodispositivos de ADN y tenemos la esperanza de que este producto pueda ayudar a impulsar eso”.