فهرست مطالب
در تلفیقی خلاقانه از زیستشناسی و نانوفناوری، محققان دانشگاه کارولینای شمالی موفق به ساخت گلهای DNA میکروسکوپی شدند که توانایی حرکت و واکنش به محیط خود را مانند موجودات زنده دارند.
به گزارش تکناک، این ساختارهای ریز به شکل گل و ساختهشده از کریستالهای ترکیبی DNA و مواد غیرآلی، که «گلهای DNA» نام گرفتهاند، قادر هستند در عرض چند ثانیه باز و بسته شوند و حرکات چشمگیری را به نمایش بگذارند.
پژوهشگران بیان کردند که این ویژگی آنها را به یکی از پویاترین مواد در مقیاس نانو تبدیل کرده است و دریچهای تازه به روی کاربردهای پزشکی، حسگرهای هوشمند و مواد پاسخگو باز میکند. رونیت فریمن، مدیر آزمایشگاه فریمن و نویسنده مسئول مقاله، در این باره توضیح داد: «در آینده، میتوان گلهایی را طراحی کرد که قابل بلع یا کاشت در بدن باشند و با تغییر شکل خود، دارو را به طور هدفمند منتقل کنند، نمونهبرداری انجام دهند یا لختههای خون را پاکسازی کنند.» این دستاورد، نویدبخش گامی بزرگ در مسیر پزشکی دقیق و رباتهای هوشمند در مقیاس نانو است.
گلهای DNA کوچک اما شگفتانگیز!
DNA هر گل مانند یک سیستم کنترل مینیاتوری عمل مینماید و نحوه پاسخدهی آن به تغییرات محیطی از جمله دما، اسیدیته یا سیگنالهای شیمیایی را هدایت میکند. این «گلهای DNA» قادر هستند باز و بسته شوند یا واکنشهای شیمیایی را بسته به شرایط فعال کنند و به طور مستقل وظایف خود را انجام دهند. فناوری اصلی بر اساس مونتاژ برنامهریزیشده DNA کار میکند؛ جایی که توالیهای طراحیشده DNA، ذرات نانو را هدایت میکنند تا ساختارهای پیچیدهای شکل دهند. این مواد ترکیبی به لطف قابلیت پیشبینی جفت شدن DNA و ثبات اجزای غیرآلی مانند طلا یا اکسید گرافن به صورت برگشتپذیر در برابر محرکهای مختلف، تغییر شکل میدهند.
پژوهشگران عنوان کردند که ترکیب برنامهریزی زیستی و نانومواد، نسل جدیدی از رباتهای نرم ایجاد کرده است، که قادر هستند بارها تغییر شکل دهند بدون آنکه ساختار آنها آسیب ببیند. در آینده، این رباتهای تغییرشکلدهنده میتوانند در پزشکی برای تحویل هدفمند دارو، حذف سموم یا انجام جراحیهای کوچک درون بدن به کار گرفته شوند. علاوه بر حوزه سلامت، آنها پتانسیل دارند در پاکسازی محیط زیست با واکنش به آلایندهها یا شرایط متغیر محیطی نقشآفرینی کنند. این دستاورد، پلی میان زیستشناسی و نانوفناوری است که نوید آیندهای انعطافپذیر و هوشمند در کاربردهای پزشکی و محیط زیستی را میدهد.
ساختار DNA قابل تنظیم
در این پروژه نوآورانه، دانشمندان با استفاده از مواد ریز مبتنی بر DNA، رفتارهای سازگار و پاسخگو به محیط را شبیهسازی کردند و از پدیدههای طبیعی مانند: حرکت مرجانها، باز شدن گلبرگها و شکلگیری بافتها در موجودات زنده الهام گرفتند. هدف پژوهشگران، بازآفرینی پیچیدگی طبیعت در سیستمهای مصنوعی بود که بتوانند محیط خود را شناسایی کنند و واکنش مناسب نشان دهند؛ کاری که در مقیاس نانو بسیار دشوار است. با چینش دقیق رشتههای DNA درون کریستالهای گلشکل، آنها موفق شدند واکنش دینامیک این ساختارها به تغییرات محیطی را خلق کنند. گلبرگها هنگام مواجهه با محیط اسیدی بسته و با بازگشت شرایط، دوباره باز میشوند و آرام میگیرند. این حرکت برگشتپذیر امکان تعامل با بافتهای زیستی، آغاز واکنشهای شیمیایی و آزادسازی مواد را فراهم میآورد.
تیم UNS تأکید کرد که اگرچه این فناوری در مراحل ابتدایی است، اما پتانسیل دارد در پزشکی برای بیوپسیهای کمتهاجمی یا تحویل هدفمند دارو بهکار گرفته شود. گلهای DNA میتوانند در بدن حرکت کنند، تغییرات اسیدیته اطراف تومورها را شناسایی نمایند و با آزادسازی دارو یا جمعآوری نمونه واکنش نشان دهند. فراتر از حوزه سلامت، این مواد انعطافپذیر میتوانند در پاکسازی محیطهای آلوده یا بهعنوان سیستمهای ذخیرهسازی داده با کارایی بالا به کار گرفته شوند، سیستمی که اطلاعات فراوانی را در فضای اندک با مصرف انرژی بسیار کمتر ذخیره میکند. پژوهشگران در بیانیه خود بیان کردند: «این دستاورد، گامی بزرگ به سوی موادی است که قادر به حس کردن و پاسخ به محیط خود هستند و پلی میان دنیای زنده و ماشینها ایجاد میکنند.»
