كتبت – شيرين فرج:
حقق العلماء مؤخرًا تقدمًا كبيرًا في مجال الروبوتات الجزيئية من خلال تطوير هياكل نانوية قابلة للبرمجة باستخدام أوريجامي الحمض النووي.
تستخدم هذه الطريقة المبتكرة، التي طورها باحثون في معهد جامعة سيدني للنانو، خصائص الطي الطبيعية للحمض النووي لإنشاء هياكل بيولوجية نانوية ذات تطبيقات محتملة واسعة النطاق، تتراوح من توصيل الأدوية المستهدفة إلى المواد المستجيبة ومعالجة الإشارات الضوئية الموفرة للطاقة.
تُظهر الدراسة، التي قادها الدكتور مينه تري لو والدكتور شيلي ويكهام، إنشاء هياكل نانوية ثلاثية الأبعاد تسمى “فوكسل”.
تسهل هذه الفوكسلات، التي تشبه الإصدارات ثلاثية الأبعاد من البكسل، عملية إنشاء نماذج أولية سريعة لأنظمة الروبوتات النانوية ذات التطبيقات في علم الأحياء الاصطناعي والطب النانوي وعلوم المواد.
أظهر الباحثون تنوع نهجهم من خلال تصميم أكثر من 50 جسمًا نانويًا، بما في ذلك “ديناصور نانوي”، و”روبوت راقص”، وأستراليا مصغرة يبلغ عرضها 150 نانومترًا فقط – أضيق ألف مرة من شعرة الإنسان.
شرح ويكهام المفهوم من خلال تشبيهه بألعاب الهندسة للأطفال: “النتائج تشبه إلى حد ما استخدام ميكانو، لعبة الهندسة للأطفال، أو بناء مهد قطة يشبه السلسلة. ولكن بدلاً من المعدن أو الخيوط على نطاق واسع، نستخدم علم الأحياء النانوي لبناء روبوتات ذات إمكانات هائلة”.
يمكن تخصيص وحدات البكسل المعيارية لوظائف محددة، ما يسمح للباحثين بإنشاء تكوينات معقدة وقابلة للتكيف. هذه المرونة هي المفتاح لتطوير آلات نانوية يمكن أن تعمل في مجالات متنوعة مثل الطب وعلم المواد وتقنيات الطاقة.
لتجميع الهياكل النانوية، دمج الفريق خيوط الحمض النووي الإضافية على الجزء الخارجي من وحدات البكسل. تعمل هذه الخيوط كمواقع ربط قابلة للبرمجة، ما يتيح التحكم الدقيق في كيفية اتصال الهياكل.
تسمح هذه الطريقة للباحثين ببناء هياكل قابلة للتخصيص ومحددة للغاية يمكنها أداء مهام معقدة على المستوى الجزيئي.
توصيل الأدوية المستهدفة
أحد أكثر التطبيقات الواعدة لهذه التكنولوجيا هو قدرتها على إنشاء روبوتات نانوية قادرة على توصيل الأدوية مباشرة إلى مناطق مستهدفة داخل الجسم.
من خلال برمجة هياكل أوريجامي الحمض النووي للاستجابة لإشارات بيولوجية محددة، يمكن لهذه الروبوتات النانوية إطلاق الأدوية فقط عندما وأينما كانت هناك حاجة إليها، ما يعزز فعالية العلاجات وتقليل الآثار الجانبية.
هذا النهج المستهدف لديه القدرة على إحداث ثورة في علاجات السرطان وتطبيقات الطب الدقيق الأخرى.
بالإضافة إلى توصيل الأدوية، يستكشف الفريق تطوير مواد تتكيف مع التغيرات البيئية. على سبيل المثال، يعملون على تصميم مواد يمكنها تغيير خصائصها استجابة للأحمال الأعلى، أو تغيرات درجات الحرارة، أو الاختلافات في الحموضة (الرقم الهيدروجيني).
أوضح الدكتور ويكهام: “هذا العمل يمكّننا من تخيل عالم حيث يمكن للروبوتات النانوية العمل على مجموعة كبيرة من المهام، من علاج جسم الإنسان إلى بناء أجهزة إلكترونية مستقبلية”.
يحقق الباحثون أيضًا في طرق موفرة للطاقة لمعالجة الإشارات الضوئية، مع فوائد محتملة للتشخيصات الطبية، وأنظمة الأمان، وتقنيات الحوسبة.
وقال الدكتور لوو: “يُظهِر عملنا الإمكانات المذهلة لأوريجامي الحمض النووي لإنشاء هياكل نانوية متعددة الاستخدامات وقابلة للبرمجة. إن القدرة على تصميم وتجميع هذه المكونات تفتح آفاقًا جديدة للابتكار في مجال تكنولوجيا النانو”.
نُشرت الدراسة في مجلة Science Robotics.
اقرأ أيضا:
