Поиск выхода из лабиринта доверили нанороботам из ДНК

Ученые создали наноразмерного «штурмана» из одной молекулы ДНК, который успешно выбирается из двумерного лабиринта. Авторы считают, что подобная система может пригодиться при разработке сенсоров и самособирающихся систем молекул, при проведении аналоговых вычислений на основе ДНК, для хранения информации с помощью молекул и при исследованиях в области искусственного интеллекта. Результаты работы изложены в журнале Nature Materials.

В последние годы активно развивается область ДНК-оригами, в которой свойства нуклеотидов используют для формирования бесчисленного разнообразия самособирающихся форм. В результате можно получить миниатюрные электрические схемы или структуры, которые могут удерживать другие молекулы.

В новой работе ученые из Германии и Китая использовали технику ДНК-оригами для того, чтобы создать двумерный лабиринт, к «стенкам» которого не может присоединиться другая молекула, а к «коридорам» — может. Затем на структуру помещали особую молекулу — ДНК-ходока, то есть молекулярную машину, которая может «ходить» вдоль других цепей ДНК. «Когда мы активизируем систему, то прикрепленная в определенном месте шпилька (особый вид петли одноцепочечной ДНК) вызывает последовательность изменений у соседних шпилек, находящихся в строго определенных позициях, — поясняет руководитель коллектива авторов, Чуньхай Фань из Китайской академии наук. — Этот механизм, который мы назвали каскадом обменов у ближайших цепочек (proximal strand exchange cascade, PSEC), напоминает свой работой падение выстроенных в линию костяшек домино».

Начавшийся PSEC автоматически поворачивает в двумерном лабиринте, в результате чего каждая отдельная молекула-штурман автономно исследует один из возможных ходов, реализуя известный в программировании алгоритм параллельного поиска в глубину. Использование огромного количества штурманов позволяет пройти всеми возможными ходами. Чтобы определить, что нанороботы нашли единственный выход из этого лабиринта, авторы химически модифицировали это место так, чтобы достигшую его молекулу было видно как в электронный микроскоп, так и и при помощи флуоресценции.

«Наша работая — это еще один важный шаг для реализации автономных и интеллектуальных наноразмерных роботизированных систем, — говорит Чуньхай. — Такие системы ведут себя подобно природным молекулярным машинам. Наше исследование должно продвинуть область нанотехнологии ДНК и биомолекулярной самосборки, а также помочь при реализации концепций искусственного интеллекта».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.