DNA jako programowalne klocki konstrukcyjne
Pod kierunkiem Olega Ganga, badacze przekształcili DNA w swego rodzaju inteligentne klocki LEGO w nanoskali. Podstawą są oktahydrony, czyli geometryczne struktury przypominające podwójnie złożone piramidy. Te molekularne elementy mogą przenosić różne nanocząstki, nadające im specyficzne właściwości.
Możemy teraz budować złożone, zaprogramowane organizacje 3D z samoorganizujących się nanokomponentów, rodzaj nanoskalowej wersji Empire State Building – wyjaśnia Gang
Czytaj też: OpenAI reaguje na tragiczne incydenty wśród nastolatków i zwiększa zabezpieczenia ChatGPT
Cały proces zachodzi w środowisku wodnym, co teoretycznie czyni go bardziej przyjaznym środowisku niż tradycyjne metody litograficzne. Kluczową rolę odgrywa algorytm MOSES (Mapping Of Structurally Encoded aSsembly), działający na zasadzie odwrotnego projektowania. Zamiast budować strukturę krok po kroku, naukowcy najpierw projektują docelową architekturę, a następnie rozkładają ją na minimalne komponenty. Sami zainteresowani porównują to do kompresji pliku. Chcą zminimalizować ilość informacji, aby samoorganizacja DNA była najbardziej efektywna. Algorytm analizuje symetrię pożądanej struktury i mapuje ją na zestaw wokseli DNA z precyzyjnie zaprogramowanymi wiązaniami. Co ciekawe, projekt jest dostępny publicznie, co teoretycznie przyspieszy rozwój tej technologii, choć w praktyce wymaga specjalistycznej wiedzy.
Kiedy nanotechnologia wyjdzie z laboratorium?
Zakres demonstrowanych konstrukcji robi wrażenie – od analogów kryształów atomowych po zupełnie nowe struktury helikalne. Jednym z ciekawszych osiągnięć było stworzenie nanoskalowego odpowiednika kryształu perowskitowego, materiału kluczowego dla ogniw słonecznych. Nic więc dziwnego, że autorzy nowych doniesień mówią o platformie, która ma zastosowanie do wielu materiałów o wielu różnych właściwościach: biologicznych, optycznych, elektrycznych, magnetycznych. Struktury można dodatkowo mineralizować – pokrywać krzemionką i poddawać obróbce cieplnej, co przekształca organiczne rusztowanie DNA w trwałą formę nieorganiczną. Teoretyczne zastosowania sięgają od obliczeń neuromorficznych przez zaawansowane materiały katalityczne po nową generację czujników. Technika mogłaby zrewolucjonizować produkcję paneli słonecznych poprzez precyzyjne rozmieszczenie nanocząstek.
Czytaj też: Sztuczna inteligencja zaprojektowała ramę roweru. Wydruk 3D z aluminium przechodzi od teorii do praktyki
Możliwości wytwarzania 3D materiałów nanoskalowych na zamówienie są kluczowe dla wielu powstających zastosowań, od manipulacji światłem po obliczenia neuromorficzne, oraz od materiałów katalitycznych po rusztowania i reaktory biomolekularne — zauważa Gang
Brian Minevich z Brookhaven National Laboratory pracuje nad automatyzacją procesu przy użyciu płynnej robotyki. To obiecujący kierunek, ale realne wdrożenia przemysłowe wciąż wydają się odległe. Najważniejszy pozostaje jednak fakt, iż DNA zaczyna pełnić rolę uniwersalnego języka programowania materii. Perspektywy bez wątpienia są fascynujące.