Verdens minste fabrikk

Kinesiske og amerikanske forskere har klart å lage en fabrikk med et primitivt samlebånd i nanostørrelse. Fabrikkarbeiderne er molekyler av blant annet arvestoffet DNA.

Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.

Fabrikken er foreløpig av enkleste sort, og arbeiderne får neppe fagbrev med det første: Det eneste de klarer, er å hente fram og samle sammen ørsmå gullpartikler.

Men all start er spinkel, og dette er første gang en slik nano-fabrikk er demonstrert i praksis. Utviklingen går fort, og nano-fabrikken peker mot en framtid der ørsmå roboter lett kan komme inn i menneskekroppen og reparere skadet vev, eller bygge helt nye materialer molekyl for molekyl.

En molekylær nanorobot merket med grønt fargestoff går langs en sti over et DNA-underlag. Den beveger seg mot sitt rødmerkede mål ved å spalte stoffene i stien. Slik oppfører den seg som en selvstyrt, bevegelig robot på molekylskala. (Illustrasjon: Paul Michelotti)
En molekylær nanorobot merket med grønt fargestoff går langs en sti over et DNA-underlag. Den beveger seg mot sitt rødmerkede mål ved å spalte stoffene i stien. Slik oppfører den seg som en selvstyrt, bevegelig robot på molekylskala. (Illustrasjon: Paul Michelotti)

Lagerarbeidere og oppsamlere

I fabrikken jobber to typer roboter: Lagerarbeidere og oppsamlere. Lagerarbeiderne står tre på rad med hver sin type vare: Enten en gullpartikkel på fem nanometer, eller to slike koblet sammen, eller en større gullpartikkel på ti nanometer.

Hver lagerarbeider kan så gjøre ett av to: Enten gi fra seg en slik gullpartikkel, eller la det være. Og de som får gullet, er den andre typen arbeidere: Oppsamlerne. De sprader forbi oppå samlebåndet og tar imot det de får.

Tre forskjellige varer som enten leveres ut eller ikke, blir til sammen åtte forskjellige kombinasjoner av gullklumper som oppsamlerne kan få i fanget. Mer komplisert er ikke det ferdige produktet, men dette er likevel programmering av roboter på nanonivå.

Programmering i omgivelsene

Å programmere en så liten robot må gjøres annerledes enn for store industriroboter. De har gjerne kompliserte handlingsmønstre programmert inn i sine kunstige hjerner. Men når roboten består av ett eneste molekyl, er det begrenset hva du kan stappe inn av kunstig intelligens.

Forskerne fra New York University i USA og Nanjing-universitetet i Kina har isteden tenkt annerledes. Programmeringen ligger ikke i selve nano-roboten, men i omgivelsene, nærmere bestemt i samlebåndet.

Sti av DNA

Samlebåndet er også laget av DNA. Det er formet i et mønster med en spesiell metode som kalles DNA-origami, etter den japanske kunsten å brette papirfigurer.

DNA-mønsteret fungerer som en sti, slik at oppsamleren går med tre DNA-ben fram langs denne ledestien. Spesielle steder på stien er det stopp-punkter som stanser vandringen.

De tre beina til oppsamler-roboten fungerer ikke på vanlig måte. Den går ikke med beinbevegelser. Det som skjer, er at DNA i beina reagerer med DNA i stien.

Foran roboten er bindingen sterkere, men etter at reaksjonen er over, har bindingen blitt svakere bak roboten. Den glir over stien, trukket fram av disse sterkere kjemiske bindingene foran seg.

Programmerbare armer

Lagerarbeiderne har ikke bare bein. De har også tre armer som de bruker til å løfte gullpartiklene med. Forskerne har klart å skru disse armene av og på med DNA-molekyler.

De kan altså programmeres underveis, i motsetning til de forhåndprogrammerte stifinnerne, oppsamlerne.

To aspekter ved nanofabrikken blir presentert i to artikler i siste utgave av tidsskriftet Nature.

DNA som maskiner

Kjetill S. Jakobsen. (Foto: Olav Heggø)
Kjetill S. Jakobsen. (Foto: Olav Heggø)

Arvestoffet DNA kan altså brukes til mer enn å lagre informasjon om arveegenskaper. Det kan også brukes som små maskiner.

Dette er noe professor Kjetill Jakobsen ved Institutt for biologi på Universitetet i Oslo ikke er fremmed for.

- Vi kjenner flere typer nukleinsyrer som kan fungere som maskiner, blant annet spesielle varianter av RNA kalt ribozymer, sier han til forskning.no.

RNA er “søstermolekylet” til arvestoffet DNA, og Jakobsen mener at det mer stabile DNA bør kunne fungere enda bedre som nano-maskin.

- Dette er et nytt område som kan kalles bio-nanoteknologi. Det er et veldig spennende og framtidsrettet felt der vi bare har sett begynnelsen av utviklingen, avslutter Jakobsen.

Referanser/lenker:

Hongzhou Gu, Jie Chao, Shou-Jun Xiao & Nadrian C. Seeman: A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line, Nature vol. 465, 13. mai 2010

Kyle Lund, Anthony J. Manzo, Nadine Dabby, Nicole Michelotti, Alexander Johnson-Buck, Jeanette Nangreave, Steven Taylor, Renjun Pei, Milan N. Stojanovic, Nils G. Walter, Erik Winfree & Hao Yan: Molecular robots guided by prescriptive landscapes, Nature vol. 465, 13. mai 2010

Tidsskriftet Nature
 

Powered by Labrador CMS