Они построены из так называемых «оригами» из ДНК — это специальные структуры, которые можно перепрограммировать и менять их форму в зависимости от условий, передает nv.uaОсновой этих нанороботов является сеть соединенных ДНК-элементов, каждый из которых имеет два состояния. Такие элементы могут реагировать на сигналы из окружающей среды. Эти массивы были впервые предложены в 2017 году в лаборатории Йонганга Ке, и последние годы исследователи изучали, как именно меняются их соединения.Соавтор Филипп Тиннефельд вспоминает, что ему хотелось увидеть, «как работают правила трансформации, наблюдая за состоянием отдельных узлов с помощью красителей и спектроскопии единичных молекул».Работа, опубликованная в Science Robotics, описывает, как такие ДНК-структуры могут выполнять несколько запрограммированных шагов подряд, используя энергию, которую они хранят в своем строении.В предыдущие годы команды изучали, как эти структуры меняют форму, и в серии исследований в 2024—2025 годах описали, как именно работают соединения между ДНК-элементами.Рывок в работе сделали две аспирантки — Фиона Коул и Мартина Пфайффер. Они предложили воспринимать каждое соединение как отдельный модуль, который можно «перепрограммировать». Тиннефельд объяснил: «Фиона и Мартина увидели уникальный потенциал этих массивов для многоэтапных функций».На каждый такой модуль можно установить условные «замки», элементы задержки, модули для передачи сигнала или для высвобождения груза. То есть программное управление добавляется поверх ДНК-«железа».Исследователи также показали, что в эти структуры можно заранее заложить специальные ДНК-цепочки, которые сохраняют энергию в виде механического напряжения. Йонганг Ке описал это как «наномашину на батарейке», добавив: «Это похоже на заводную игрушку, которая работает за счет напряжения».В таких массивах есть десятки взаимосвязанных «анти-узлов», каждый из которых может выполнять свою функцию — передать сигнал или высвободить микроскопический груз. Поскольку все элементы связаны, они могут «общаться» между собой, создавая сложные цепи реакций.Йонганг Ке объяснил: «Когда мы протестировали каждый модуль и объединили их в единую систему, автономный наноробот с программируемыми функциями стал реальностью». Исследователи сравнивают эту систему с FPGA — электронными чипами, где аппаратную часть можно перепрограммировать.Хотя разработка еще на этапе исследований, она имеет свойства, которые делают ее перспективной для медицины и диагностики. Нанороботы могут взаимодействовать не только с ДНК, но и с белками, другими молекулами и даже светом. Их способность работать автономно благодаря «встроенной» энергии открывает путь к применениям внутри организма.Команда планирует адаптировать нанороботов к различным средам и искать новые источники энергии. «Мы также планируем решить проблему энергоснабжения нанороботов, используя концепции броуновских ДНК-вычислений», — говорят Тиннефельд и Ке.В будущем нанороботы могут работать от света или превратиться из плоских 2D-структур в полноценные 3D-системы.
