برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

روبات‌های مولکولی در راهند
ایده ماشین‌های کوچکی که بتواند کارهای پیچیده‌ای را انجام دهد، برای دهه‌های متمادی موضوع اصلی داستان‌های علمی تخیلی بود.

 

در فیلم مشهور «سفر اعجاب‌انگیز» نوشته آیزاک آسیموف، یک زیردریایی بزرگ در ابعاد میکروسکوپی کوچک می‌شود و به درون بدن یک انسان تزریق می‌شود تا لخته خونی را که در مغزش تشکیل شده و زندگی او را تهدید می‌کند، شناسایی و نابود کند.

 

اگرچه این اتفاق کماکان در حد خیال‌پردازی باقی مانده، اما نانوبات‌ها (روبات‌های در ابعاد نانو) خیلی هم دور از دسترس نیستند.

اکنون دو گروه از دانشمندان، آخرین دستاوردها را در تلاش برای ساخت یک روبات مولکولی مستقل و قابل برنامه‌ریزی ارائه کرده‌اند. هر دوی این گروه‌ها برای کار خود، از محاسبات دی.ان.ای (DNA Computing) که در سال 1994 / 1373 توسط لئونارد آدلمن پایه‌گذاری شد، استفاده کرده‌اند. آدلمن کوشید تا استفاده از مولکول‌های دی.ان.ای را برای حل یک مثال ساده از مساله پست‌چی توصیف کند.

 

مساله پست‌چی تلاش می‌کند تا کوتاه‌ترین مسیر ممکن را بین چندین نقطه پیدا کند، به نحوی‌که از هر نقطه تنها یک‌بار عبور کند. اما محاسبات دی.ان.ای پیشرفت کندی در رشته نانوتکنولوژی دی.ان.ای داشته است.

 

پیشرفت‌های خارق‌العاده


در دهه گذشته، دو پیشرفت خیره کننده در زمینه نانوتکنولوژی دی.ان.ای انجام شده است. نخست، مولکول‌های جنبنده که به عنوان حامل‌های دی.ان.ای (DNA Walker) شناخته می‌شوند، طراحی و ساخته شده‌اند. این مولکول‌ها نیروی خود را از انرژی تولید شده توسط پیوندزنی دی.ان.ای -فرایندی که طی آن رشته‌های مجزا و مکمل دی.ان.ای، یک دی.ان.ای دورشته‌ای را شکل می‌دهند- به دست می‌آورند. سپس در سال 2006 / 1385 پل روتموند نشان داد که چطور می‌توان مولکول‌های دی.ان.ای را به صورت هر شکل دلخواه دوبعدی تا زد و اصطلاحا یک اوریگامی دی.ان.ای ساخت.

 

اکنون دو گروه مختلف از دانشمندان با ترکیب حامل‌های دی.ان.ای، اوریگامی دی.ان.ای و سایر فناوری‌های نانو نشان داده‌اند که چگونه می‌توان رفتار نانوماشین‌ها را برنامه‌ریزی کرد. گروه اول که شامل لاند و همکارانش است، نشان دادند که چطور می‌توان حرکت حامل‌ها را در یک مسیر دلخواه کنترل و هدایت کرد. گروه دوم که شامل گو و همکارانش است، یک خط تولید را در ابعاد نانو ترتیب داده‌اند که نقش یک کارخانه مولکولی را ایفا می‌کند.

 

سیستم عنکبوتی


لاند و همکارانش، سیستمی را معرفی کرده‌اند که در آن، حرکت یک حامل دی.ان.ای که عنکبوت مولکولی نام دارد، بر روی یک سطح هدایت می‌شود. این عنکبوت از پروتئین Streptavidin تشکیل شده که توسط چهار رشته دی.ان.ای منفرد احاطه شده است. سه عدد از این رشته‌ها نقش پاهای ماشین را ایفا می‌کنند و رشته چهارم، جانور را به نقطه شروع حرکتش بر روی سطح متصل می‌کند. هنگامی که عنکبوت شروع به حرکت می‌کند، این رشته با آن حرکت خواهد کرد.

 

سطحی که توسط عنکبوت پیموده می‌شود، یک صفحه از اوریگامی دی.ان.ای است. این صفحه شامل رشته‌های دی.ان.ای قابل شکافتن است که توالی آنها، مکمل توالی پاهای عنکبوت است. هر قدم عنکبوت یک چرخه مشخص را دنبال می‌کند. نخست، پاهای عنکبوت یک جفت دی.ان.ای دورشته‌ای با رشته‌های مکمل تشکیل می‌دهند. سپس یکی از این رشته‌ها توسط آنزیم دی.ان.ای (DNAzyme) موجود در پاها شکافته می‌شود که تعامل میان عنکبوت و رشته را تضعیف می‌کند. بنابراین عنکبوت از این رشته جدا می‌شود و یک دورشته‌ای جدید را در نقطه‌ای دیگر در پایین‌دست مسیر تشکیل می‌دهد.

 

با تکرار مداوم این چرخه، عنکبوت از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر در راستای یک مسیر برنامه‌ریزی شده داخل اوریگامی دی.ان.ای حرکت می‌کند. هنگامی‌که عنکبوت به یک رشته غیرقابل شکافتن در انتهای مسیر می‌رسد، متوقف می‌شود.

 

بارگذاری دی.ان.ای


گو و همکارانش یک جزء سوم را به این مجموعه اضافه کردند. علاوه بر یک مسیر اوریگامی و یک حامل دی.ان.ای، سیستم آنها دارای ماشین‌های دی.ان.ای است که محموله‌هایی از نانوذرات را حمل می‌کند. این ماشین‌ها را می‌توان به‌گونه‌ای تنظیم کرد که محموله خود را به یک حامل عبوری بدهند، یا محموله را نگه دارند. گروه از سه ماشین در سیستم خود استفاده کرده است که هر کدام یک نانوذره متفاوت را حمل می‌کند.

 

بنابراین 8 حالت مختلف بارگذاری برای یک حامل، هنگام عبور از کنار این خط تولید وجود دارد. این نخستین باری است که از سیستم‌های نانوماشین برای انجام یک وظیفه استفاده می‌شود. این مساله یک پیشرفت بسیار مهم در تکامل نانوتکنولوژی دی.ان.ای به شمار می‌رود.

 

تفاوت حاملین دی.ان.ای محتوی بار با عنکبوت لاند و همکارانش این است که آنها دارای هفت رشته منفرد هستند. چهار رشته به عنوان پا برای حرکت در راستای یک سطح مشخص، و سه رشته به عنوان بازو برای برداشتن محموله‌های نانوذرات عمل می‌کنند. علاوه بر آن، جابه‌جایی حامل‌ها به رشته‌های منفرد دی.ان.ای وابسته است که به سایر رشته‌های منفرد موجود بر روی حامل یا سطح متصل می‌شوند.

 

نکات مثبت و منفی


علاوه بر موارد گفته شده، نکات ریز و جالب توجه دیگری در کار هر دو گروه وجود دارد. لاند و همکارانش اشاره می‌کنند که روبات‌های ماکروسکوپی عموما مجبورند حجم قابل توجهی از اطلاعات را برای نمایش درونی اهداف و محیط خود، و همچنین هدایت حواس و به کار انداختن اجزایشان ذخیره کنند.

 

اما روبات‌های میکروسکوپی توانایی محدودی برای ذخیره‌سازی چنین اطلاعات پیچیده‌ای دارند. به همین دلیل در سیستم هر دو گروه، حرکت حامل‌ها به جای خود آن‌ها، در داخل سطح دی.ان.ای برنامه‌ریزی می‌شود. به طور مشابه، با تنظیم ماشین‌های تحویل بار در حالت تحویل یا عدم تحویل محموله، گو و همکارانش برای کنترل خروجی سیستم، اطلاعات را به جای حامل‌ها در داخل محیط آن‌ها ذخیره می‌کنند.

 

اگرچه هر دو گروه از ترکیب حامل‌های دی.ان.ای و سطوح اوریگامی استفاده می‌کنند، اما یک تفاوت اساسی با یکدیگر دارند.

 

وسیله لاند و همکارانش ابزار مستقلی است و به هیچ مداخله خارجی نیاز ندارد. اما وسیله گو و همکارانش به شدت به مداخلات خارجی وابسته است. اما در مقابل این عدم استقلال، رفتار سیستم قابلیت پیچیدگی بیشتری دارد. در حالی‌که روبات لاند و همکارانش محدود به حرکت در یک مسیر است، روبات گو و همکارانش می‌تواند در حین حرکت محموله خود را بردارد و هشت حالت مختلف نیز داشته باشد.

 

مطمئنا هنوز تا رسیدن به آن‌چه در داستان‌های علمی تخیلی به تصویر کشیده شده است، راه زیادی مانده است. با این وجود، مشاهده چنین خلاقیت و پیشرفت سریعی در توسعه سیستم‌های مولکولی مستقل که قادرند کارهای پیچیده را انجام دهند، بسیار الهام‌بخش است. بدون شک این مسیری است که باید پیموده شود.

 

نیچر، شماره 7295

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :