要点
科学者たちは、最も小さなスケールの構造を作るために、DNAをますます活用するようになっています。今回、カリフォルニア工科大学の研究者たちはDNAを使い、分子レベルの荷物を運び、持ち上げるために設計された新しいタイプのロボットを開発しました。
DNAでできたロボット
科学者たちは、最も小さなスケールの構造を作るためにDNAをますます活用しています。このプロセスは、時にDNAオリガミと呼ばれます。DNAは多くの情報を蓄えられるため、DNAで作った構造体は、体内の各所に薬を届けたり、遺伝子編集ツールを運んだりするのに利用できます。今回、研究者たちはDNAを使い、最小スケールの荷物を動かして持ち上げる新しいタイプのロボットを開発しました。この研究は次の雑誌に掲載されました：Science。
「電気機械式ロボットを火星のような遠く離れた場所に送り出すのと同じように、人間が行けない血流のような極小の場所に分子ロボットを送り込みたいと考えています」と、研究著者の一人である生物工学教授、ルル・チェン氏は、カリフォルニア工科大学のプレスリリースで説明しました。「私たちの目標は、荷物の仕分けという高度なナノ機械的作業を実行できる分子ロボットを設計し、作ることでした。」
研究者たちは、指定された空間内で分子を拾い、仕分けできるロボットの開発を目指しました。そのために、一本のDNA鎖からなる3つの部分で構成されたDNAロボットを作りました。指定空間内を移動できるよう、ロボットには一対の足を持つ「脚」が備わっています。「手」の付いた「腕」は荷物を運ぶ役割を果たし、さらに3つ目の部品を加えて、特定の受け渡し地点に到達したことを手に知らせ、荷物を放すタイミングが分かるようにしました。
ロボットを試すため、研究者たちは、ロボットが片足で結合できる一本鎖DNAを格子状に並べた基板を作りました。もう片方の足は、基板上の別の鎖を見つけるまで自由に揺れ動きます。このように移動するロボットが、6ナノメートル進むのに5分かかりました。
移動中、ロボットは荷物――この場合は蛍光色素の黄色とピンクの分子――に出会うと、それを拾い、色に応じて指定の場所へ運びました。ロボットはすべての荷物を仕分けるまでこの作業を続けるよう設計されており、24時間後には、ピンクの分子3個と黄色の分子3個を仕分けることに成功しました。
何度か改良を重ねた結果、研究者たちは荷物を正確に届ける確率が80％のロボットを作り上げました。
小さなロボット、大きな応用可能性
研究者たちによると、ナノロボットはさまざまな方法で構成できます。複数のロボットが同じ場所で同時に作業しても、互いのタスクを妨げないようにでき、互いに連携するよう設計することも可能です。ただし、ロボットを実用化するには、もう少し速く動く必要があります。研究者たちは、ロボットに「尾」やモーターを加えれば、速度を上げられる可能性があると提案しています。
デューク大学のコンピューターサイエンス教授、ジョン・H・ライフ氏によると、主な進歩は研究者たちの手法にあります。「同様のシステムなら、化学合成を並行して実行するなど、より複雑な作業も行えるはずです」と、同氏は『Science』に寄せた解説記事で述べました。
チェン氏はプレスリリースで、自身とチームは特定の目的を想定してロボットを作ったわけではないと述べましたが、ほかの研究者が応用法を見つけるだろうと考えています。
「ほかの研究者がこれらの原理を、刺激的な応用に活用してくれることを期待しています。たとえば、DNAロボットを使って人工分子工場で構成要素から治療用化学物質を合成すること、血流や細胞内で特定の信号が出たときだけ薬を届けること、あるいはごみの中から分子成分を仕分けてリサイクルすることです」とチェン氏は述べました。
これは宇宙探査で特に役立つ可能性があります。銀河間を長期間飛行する宇宙飛行士の血流にこれらのロボットを入れておけば、必要な薬を放出するよう指示する信号を受け取るまで、活動を停止した状態で待機できます。
