Nanobot - bez hrubých, lepivých prstov
Roboty molekulárnej veľkosti - toto videnie by sa mohlo použiť na prepravu účinných látok, opravu buniek alebo na výrobu ďalších molekúl. Na Christian-Albrechts-Universität zu Kiel teraz vedci vyvinuli akýsi molekulárny stroj, ktorý prekonal spoločnú prekážku v tejto budúcej technológii: nemá hrubé a lepkavé prsty.
Kiel - Myšlienka molekulárnych strojov bola dlho diskutovaná v nanovedách: Chemické zlúčeniny vyrobené človekom, ktoré sú schopné vykonávať mechanickú prácu. Takíto „nanoroboti“ môžu napríklad prenášať liečivé látky, opravovať poškodené bunky alebo merať teploty v tele, ktoré poukazujú na zápal.
Nanoboti a ich „problém s prstami“
Už v 80. rokoch minulého storočia mal americký inžinier Kim Eric Drexler na mysli myšlienku molekulárnych strojov ako takzvaných asemblerov: Mali by byť schopní pochopiť a presne umiestniť jednotlivé atómy, aby mohli vytvárať zložité molekulárne štruktúry. Drexler nakoniec povedal, že sa budú schopní reprodukovať.
Táto vízia bola začiatkom intenzívnej vedeckej polemiky: Odporcovia, ktorí nepovažovali konštrukciu takýchto nanorobotov z molekúl za možnú, v podstate predložili dva argumenty, ktoré sa vo výskume označujú ako problémy „hrubých a lepkavých prstov“. Podľa toho by asembler musel mať nespočetné množstvo „prstov“ na nanorozmeroch, aby mohol chytiť a umiestniť rôzne atómy - ale na to jednoducho nie je priestor. Hlavnou prekážkou pre týchto „tvorcov molekúl“ je však problém, ktorý sa nazýva „lepkavé prsty“, keď sú schopné atómy po ich uchopení pustiť a zložiť ich.
Príroda nám ukazuje, ako na to
Výsledky výskumu z minulých rokov však naznačujú, že vývoj takýchto montážnych strojov je v zásade možný. Je o tom presvedčený aj Rainer Herges, profesor organickej chémie na Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). „Koniec koncov, takéto molekulárne zostaviče už v prírode existujú, napríklad vo forme ribozómov, ktoré produkujú proteíny v bunkách, alebo na syntézu ATP, adenozíntrifosfátu. Princíp týchto procesov biochemickej syntézy by preto mal byť umelo reprodukovateľný v laboratóriu, “hovorí Herges.
Herges a jeho výskumný tím teraz urobili dôležitý krok smerom k takýmto nanorobotom: Vyrobili molekulu, ktorá vezme jednotlivé stavebné prvky a použije ich na zostavenie malých prstencov. Tento umelý assembler je poháňaný UV svetlom.
UV svetlo ako pohon a kontrola
Vedci uskutočnili montážny program a znížili tak zložitosť biologických procesov, až kým ich nebolo možné implementovať metódami syntetickej chémie. Počas funkčného testu „Nanobota“ priviedli reakčných partnerov, štyri vanadátové ióny, do bezprostrednej blízkosti k sebe. Pomocou asemblerovej molekuly, ktorú je možné ovládať UV svetlom, potom spustili reakčný proces, pri ktorom sa vytvorí nová molekula spojením štyroch stavebných blokov vanadátu za vzniku kruhu.
Vedcom sa tiež podarilo vyriešiť „problém s lepkavými prstami“ pomocou UV svetla: ožarovaný svetlom s vlnovou dĺžkou 365 nanometrov sa zmení vonkajší tvar asemblerovej molekuly. Jeho konce sa potom stlačia k sebe ako kliešte, priestor vo vnútri je príliš malý a nová molekula sa uvoľní. Používanie UV svetla na kontrolu a ako externého zdroja energie má tiež tú výhodu, že sa ľahko používa a na rozdiel od chemickej energie neprodukuje žiadne nežiaduce vedľajšie produkty.
Vízia: premena svetla na chemickú energiu pomocou nanobotov
Napríklad podobné fungujúce molekulárne stroje, ktoré premieňajú aminokyseliny na proteíny, by boli schopné spustiť zmenu paradigmy v metódach chemickej syntézy s menším počtom vedľajších produktov a kratšími procesmi syntézy, hovorí Herges. Tím Kiel tiež zdôrazňuje, že energia výslednej molekuly je vyššia ako energia východiskových látok. „Aj keď je ich výroba výzvou, molekulárne zostaviče by mohli byť z dlhodobého hľadiska novým spôsobom premeny svetelnej energie na chemickú,“ zdôrazňuje Herges.
Pôvodná publikácia: Hanno Sell, Anika Gehl, Daniel Plaul, Frank D. Sönnichsen, Christian Schütt, Felix Köhler, Kim Steinborn & Rainer Herges: Towards a light driven molecolle assembler, Communications Chemistry volume 2, Article number: 62 (2019); DOI: 10.1038/s42004-019-0163-r
* J. Siekmann, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, 24118 Kiel
Skladovacia technológia budúcnosti
Magnetické nano víry - prvýkrát stabilné bez pomoci
Prepínateľné molekuly vyvinuté pre spintroniku
Molekula založená kalkulačka?
Táto webová stránka je ochrannou známkou spoločnosti Vogel Communications Group. Prehľad všetkých produktov a služieb nájdete na www.vogel.de