'वेल्क्रो' डीएनए ओरिगामी नैनोरोबोटिक मेकानो बनाने में मदद करता है

डॉ मिन्ह लू और डॉ शेली विकम द्वारा विकसित नैनोरोबोट का उपयोग लक्षित कैंसर दवाओं को तैनात करने, भविष्य की सामग्री बनाने के लिए किया जा सकता है जो उनके वातावरण पर प्रतिक्रिया करती है और ऊर्जा-कुशल सिग्नल प्रोसेसिंग बनाने में उपयोग पाती है।

नैनोस्केल 'डायनासोर'

सिडनी विश्वविद्यालय की माइक्रोस्कोपी और माइक्रोएनालिसिस सुविधा में क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके चित्रित वस्तु केवल 250 नैनोमीटर चौड़ी है।

यूनिवर्सिटी ऑफ सिडनी नैनो इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं ने डीएनए ओरिगेमी का उपयोग करके कस्टम-डिज़ाइन और प्रोग्राम योग्य नैनोस्ट्रक्चर विकसित करके आणविक रोबोटिक्स के क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति की है।

इस नवोन्मेषी दृष्टिकोण में लक्षित दवा वितरण प्रणाली से लेकर प्रतिक्रियाशील सामग्री और ऊर्जा-कुशल ऑप्टिकल सिग्नल प्रोसेसिंग तक कई प्रकार के अनुप्रयोगों की क्षमता है। यह विधि 'डीएनए ओरिगेमी' का उपयोग करती है, तथाकथित क्योंकि यह नई और उपयोगी जैविक संरचनाएं बनाने के लिए मानव जीवन के निर्माण खंड डीएनए की प्राकृतिक तह शक्ति का उपयोग करती है।

अवधारणा के प्रमाण के रूप में, शोधकर्ताओं ने 50 से अधिक नैनोस्केल वस्तुएं बनाईं, जिनमें एक 'नैनो-डायनासोर', एक 'डांसिंग रोबोट' और एक मिनी-ऑस्ट्रेलिया शामिल है, जो 150 नैनोमीटर चौड़ा है, जो मानव बाल से एक हजार गुना अधिक संकीर्ण है।

यह शोध आज पूर्व-प्रतिष्ठित रोबोटिक्स जर्नल में प्रकाशित हुआ है विज्ञान रोबोटिक्स .

प्रथम लेखक डॉ. मिन्ह ट्राई लू और शोध दल के नेता डॉ. शेली विकम के नेतृत्व में यह शोध मॉड्यूलर डीएनए ओरिगेमी “वोक्सल्स” के निर्माण पर केंद्रित है, जिन्हें जटिल त्रि-आयामी संरचनाओं में इकट्ठा किया जा सकता है। (जहां एक पिक्सेल द्वि-आयामी होता है, वहां एक स्वर 3डी में साकार होता है।)

इन प्रोग्राम योग्य नैनोस्ट्रक्चर को विशिष्ट कार्यों के लिए तैयार किया जा सकता है, जिससे विविध कॉन्फ़िगरेशन के तेजी से प्रोटोटाइप की अनुमति मिलती है। यह लचीलापन नैनोस्केल रोबोटिक सिस्टम विकसित करने के लिए महत्वपूर्ण है जो सिंथेटिक जीव विज्ञान, नैनोमेडिसिन और सामग्री विज्ञान में कार्य कर सकता है।

डॉ. विकम, जो विज्ञान संकाय में रसायन विज्ञान और भौतिकी स्कूलों के साथ संयुक्त पद पर हैं, ने कहा: “परिणाम कुछ-कुछ बच्चों के इंजीनियरिंग खिलौने मेकानो का उपयोग करने या चेन जैसी बिल्ली का पालना बनाने जैसा है। लेकिन इसके बजाय मैक्रोस्केल धातु या स्ट्रिंग, हम विशाल क्षमता वाले रोबोट बनाने के लिए नैनोस्केल जीवविज्ञान का उपयोग करते हैं।”

डॉ. लुउ ने कहा: “हमने समायोज्य गुणों के साथ नैनोमटेरियल्स का एक नया वर्ग बनाया है, जो विविध अनुप्रयोगों को सक्षम बनाता है – पर्यावरण के जवाब में ऑप्टिकल गुणों को बदलने वाले अनुकूली सामग्रियों से लेकर कैंसर कोशिकाओं को ढूंढने और नष्ट करने के लिए डिज़ाइन किए गए स्वायत्त नैनोरोबोट्स तक।”

वेल्क्रो डीएनए

स्वरों को इकट्ठा करने के लिए, टीम नैनोस्ट्रक्चर के बाहरी हिस्से में अतिरिक्त डीएनए स्ट्रैंड्स को शामिल करती है, जिसमें नए स्ट्रैंड्स प्रोग्रामेबल बाइंडिंग साइट्स के रूप में कार्य करते हैं।

डॉ. लू ने कहा: “ये साइटें अलग-अलग रंगों के साथ वेल्क्रो की तरह काम करती हैं – डिज़ाइन की गई हैं ताकि केवल मेल खाने वाले 'रंगों' (वास्तव में, पूरक डीएनए अनुक्रम) वाले स्ट्रैंड ही जुड़ सकें।”

उन्होंने कहा कि यह नवोन्मेषी दृष्टिकोण इस पर सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है कि स्वर एक-दूसरे से कैसे जुड़ते हैं, जिससे अनुकूलन योग्य, अत्यधिक विशिष्ट आर्किटेक्चर का निर्माण संभव हो पाता है।

इस तकनीक के सबसे रोमांचक अनुप्रयोगों में से एक नैनोस्केल रोबोटिक बक्से बनाने की क्षमता है जो शरीर के भीतर लक्षित क्षेत्रों में सीधे दवाएं पहुंचाने में सक्षम हैं। डीएनए ओरिगामी का उपयोग करके, शोधकर्ता इन नैनोबॉट्स को विशिष्ट जैविक संकेतों पर प्रतिक्रिया देने के लिए डिज़ाइन कर सकते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि दवाएं केवल तभी जारी की जाती हैं जब और जहां उनकी आवश्यकता होती है। यह लक्षित दृष्टिकोण दुष्प्रभावों को कम करते हुए कैंसर उपचार की प्रभावशीलता को बढ़ा सकता है।

दवा वितरण के अलावा, शोधकर्ता नई सामग्रियों के विकास की खोज कर रहे हैं जो पर्यावरणीय उत्तेजनाओं के जवाब में गुणों को बदल सकते हैं। उदाहरण के लिए, इन सामग्रियों को उच्च भार के प्रति प्रतिक्रियाशील होने या तापमान या अम्लीय (पीएच) स्तरों में परिवर्तन के आधार पर उनकी संरचनात्मक विशेषताओं को बदलने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है। ऐसी प्रतिक्रियाशील सामग्रियों में चिकित्सा, कंप्यूटिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगों को बदलने की क्षमता है।

डॉ. विकम ने कहा: “यह काम हमें एक ऐसी दुनिया की कल्पना करने में सक्षम बनाता है जहां नैनोबॉट्स मानव शरीर के इलाज से लेकर भविष्य के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण तक कई प्रकार के कार्यों पर काम कर सकते हैं।”

अनुसंधान दल ऑप्टिकल संकेतों को संसाधित करने के लिए ऊर्जा-कुशल तरीकों की भी जांच कर रहा है, जिससे छवि सत्यापन प्रौद्योगिकियों में सुधार हो सकता है। डीएनए ओरिगेमी के अद्वितीय गुणों का उपयोग करके, ये सिस्टम ऑप्टिकल सिग्नल प्रोसेसिंग की गति और सटीकता में सुधार कर सकते हैं, जिससे चिकित्सा निदान या सुरक्षा में उन्नत तकनीकों का मार्ग प्रशस्त हो सकता है।

स्कूल ऑफ केमिस्ट्री में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता डॉ. लुउ ने कहा: “हमारा काम बहुमुखी और प्रोग्राम योग्य नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए डीएनए ओरिगामी की अविश्वसनीय क्षमता को प्रदर्शित करता है। इन घटकों को डिजाइन और इकट्ठा करने की क्षमता नैनो टेक्नोलॉजी में नवाचार के लिए नए रास्ते खोलती है।”

डॉ. विकम ने कहा: “यह शोध न केवल डीएनए नैनोस्ट्रक्चर की क्षमताओं पर प्रकाश डालता है बल्कि विज्ञान को आगे बढ़ाने में अंतःविषय सहयोग के महत्व पर भी जोर देता है। हम यह देखने के लिए उत्साहित हैं कि हमारे निष्कर्षों को स्वास्थ्य, सामग्री विज्ञान और ऊर्जा में वास्तविक दुनिया की चुनौतियों पर कैसे लागू किया जा सकता है। ।”

जैसे-जैसे शोधकर्ता इन प्रौद्योगिकियों को परिष्कृत करना जारी रखते हैं, अनुकूली नैनोमशीन बनाने की क्षमता जो मानव शरीर के भीतर जटिल वातावरण में काम कर सकती है, तेजी से संभव होती जा रही है।

लुउ, एमटी एट अल 'डीएनए ओरिगेमी वोक्सल्स की बहु-घटक श्रृंखलाओं से मुड़े हुए पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य नैनोमटेरियल्स' (विज्ञान रोबोटिक्स 2024). डीओआई: 10.1126/scirobotics.adp2309

घोषणा

लेखक गण घोषित करते हैं कि कोई प्रतिस्पर्धी हित नहीं हैं। अनुसंधान को ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद, वेस्टपैक रिसर्च फ़ेलोशिप, सिडनी विश्वविद्यालय नैनो संस्थान, सिडनी विश्वविद्यालय भौतिकी फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था; ऑस्ट्रेलियाई उद्योग, विज्ञान और संसाधन विभाग, और इंजीनियरिंग और भौतिक विज्ञान अनुसंधान परिषद (यूके)।

शोधकर्ताओं ने सिडनी विश्वविद्यालय की माइक्रोस्कोपी और माइक्रोएनालिसिस सुविधा में उपकरणों का उपयोग किया।

जैविक प्रणालियाँ बाहरी उत्तेजनाओं जैसे प्रकाश, गर्मी, चुंबकत्व पर प्रतिक्रिया करती हैं। वैज्ञानिक ऐसी नई सामग्रियाँ विकसित करना चाह रहे हैं जो नैनो विज्ञान, इंजीनियरिंग और चिकित्सा में असंख्य उपयोगों के लिए इन क्षमताओं की नकल करें।

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