Νανοτεχνολογία: Επιστήμονες δημιουργούν το πρώτο «μοριακό ρομπότ» στον κόσμο ικανό να κατασκευάσει μόρια

Επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Manchester δημιούργησαν το πρώτο «μοριακό ρομπότ» στον κόσμο το οποίο είναι σε θέση να εκτελεί βασικά καθήκοντα, όπως αυτό της οικοδόμησης άλλων μορίων. Τα μικροσκοπικά αυτά ρομπότ έχουν μέγεθος ένα εκατομμυριοστό του χιλιοστού, μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να κινηθούν και να οικοδομήσουν μοριακά φορτία, χρησιμοποιώντας ένα μικροσκοπικό ρομποτικό βραχίονα.

Κάθε μεμονωμένο ρομπότ αποτελείται από μόλις 150 άτομα άνθρακα, υδρογόνου, οξυγόνου και αζώτου και έχει τη δυνατότητα να χειρίζεται ένα μόριο. Για να κατανοήσουμε το μέγεθος των μοριακών ρομπότ αρκεί να σκεφτούμε ότι ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια από αυτά συσσωρευμένα το ένα επάνω στο άλλο έχουν το ίδιο μέγεθος με ένα κόκκο αλατιού. Τα ρομπότ λειτουργούν πραγματοποιώντας χημικές αντιδράσεις σε ειδικά διαλύματα, οι οποίες στη συνέχεια μπορούν να ελεγχθούν από τους επιστήμονες και να προγραμματιστούν για να εκτελέσουν διάφορες βασικές λειτουργίες.

Στο μέλλον, τέτοια ρομπότ θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για ιατρικούς σκοπούς, σε προηγμένες διαδικασίες παραγωγής , ακόμα και για την κατασκευή μοριακών εργοστασίων και γραμμών συναρμολόγησης. Ο επικεφαλής της έρευνας στη σχολή χημείας του Πανεπιστημίου του Manchester, καθηγητής David Leight, εξηγεί: «όλη η ύλη αποτελείται από άτομα και αυτά είναι τα βασικά δομικά στοιχεία που σχηματίζουν μόρια. Το ρομπότ μας είναι κυριολεκτικά ένα μοριακό ρομπότ κατασκευασμένο από άτομα ακριβώς όπως μπορείτε να δημιουργήσετε ένα πολύ απλό ρομπότ από τούβλα Lego. Το ρομπότ ανταποκρίνεται σε μια σειρά από απλές εντολές που προγραμματίζονται από τους επιστήμονες με χημικές διεργασίες (chemical inputs)».

«Όπως χρησιμοποιούνται τα συμβατικά ρομπότ σε μια γραμμή συναρμολόγησης αυτοκινήτων, με τον ίδιο τρόπο η μοριακή μας έκδοση μπορεί να προγραμματιστεί για να τοποθετήσει συστατικά με διάφορους τρόπους για την κατασκευή διαφορετικών προϊόντων, σε πολύ μικρότερη κλίμακα σε μοριακό επίπεδο. Ένα πλεονέκτημα της ύπαρξης τόσο μικρών μηχανημάτων είναι ότι μειώνεται μαζικά η ζήτηση υλικών, μπορεί να επιταχύνει και να βελτιώσει την ανακάλυψη φαρμάκων, να μειώσει δραματικά τις απαιτήσεις ισχύος και να αυξήσει γρήγορα την κατασκευή μικρογραφιών άλλων προϊόντων. Ως εκ τούτου, οι πιθανές εφαρμογές για μοριακά ρομπότ είναι εξαιρετικά ποικίλες και συναρπαστικές».

Ο καθηγητής Leigh αναφέρει: «Η μοριακή ρομποτική αντιπροσωπεύει το απόλυτο της κατασκευής μικρογραφιών των μηχανημάτων. Στόχος μας είναι να σχεδιάσουμε και να κατασκευάσουμε τις μικρότερες μηχανές. Αυτό είναι μόνο η αρχή, αλλά αναμένουμε ότι μέσα σε 10 έως 20 χρόνια θα αρχίσουν να χρησιμοποιούνται μοριακά ρομπότ για την κατασκευή μορίων και υλικών στις γραμμές συναρμολόγησης στα μοριακά εργοστάσια». Ενώ η κατασκευή και η λειτουργία τέτοιων μικροσκοπικών μηχανών είναι εξαιρετικά περίπλοκες, οι τεχνικές που χρησιμοποιεί η ομάδα βασίζονται σε απλές χημικές διεργασίες.

Ο καθηγητής Leigh πρόσθεσε: «Τα ρομπότ συναρμολογούνται και λειτουργούν χρησιμοποιώντας τη χημεία. Αυτή είναι η επιστήμη για το πώς τα άτομα και τα μόρια αντιδρούν μεταξύ τους και πώς τα μεγαλύτερα μόρια κατασκευάζονται από μικρότερα». Είναι το ίδιο είδος διαδικασίας που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για να κάνουν φάρμακα και πλαστικά από απλές χημικές δομικές μονάδες. Μόλις κατασκευαστούν τα νανο-ρομπότ, επιστήμονες, προσθέτοντας χημικές διεργασίες, προγραμματίζουν τα ρομπότ τι πρέπει να κάνουν και πότε, ακριβώς όπως ένα πρόγραμμα υπολογιστή.

Πηγή: University of Manchester

Περισσότερα στη δημοσίευση: Stereodivergent synthesis with a programmable molecular machine. Nature.