Robot DNA siêu nhỏ: “Điệp viên” truy lùng virus, đưa thuốc chính xác trong cơ thể

Trung tâm Báo chí Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân (Trung Quốc) mới đây đã công bố một nghiên cứu mang tính đột phá. Theo đó, nghiên cúu tạo ra "robot" DNA có khả năng nhận diện virus và đưa thuốc đến đúng đích vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm khái niệm nhưng lại rất hứa hẹn có thể tạo ra một cuộc cách mạng cho cả nền y học và công nghệ nano.

Bằng cách kết hợp các nguyên lý chế tạo robot truyền thống với kỹ thuật gấp nếp (origami) DNA, các nhà khoa học đang tạo ra những cấu trúc vi mô có khả năng hoạt động chính xác ở quy mô nano. Chúng được lắp ráp từ các khớp nối cứng và các thành phần linh hoạt, cho phép thực hiện những nhiệm vụ có kiểm soát và lặp đi lặp lại bất chấp kích thước vô cùng nhỏ bé.

Việc điều hướng các robot DNA trong môi trường phân tử không ngừng biến đổi cho đến nay vẫn là một thách thức lớn đối với khoa học. Vì vậy, để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã phát triển các hệ thống điều khiển tinh vi. Một phương pháp quan trọng là "dịch chuyển chuỗi DNA" - một quá trình sinh hóa cho phép lập trình chuyển động một cách chính xác thông qua việc sử dụng các trình tự DNA cụ thể đóng vai trò như "nhiên liệu" và "cấu trúc". Bên cạnh đó, các tín hiệu vật lý bên ngoài như điện trường, từ trường và ánh sáng cũng được sử dụng để dẫn đường cho robot, mang lại độ chính xác cao.

Tiềm năng ứng dụng của robot DNA vượt xa các giới hạn của phòng thí nghiệm. Trong y học, chúng có thể hoạt động như những "bác sĩ phẫu thuật nano", tự động định vị các tế bào mang bệnh và cung cấp thuốc đặc trị một cách chính xác. Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu khả năng dùng robot DNA để "tóm gọn" các loại virus như SARS-CoV-2, hướng tới các hệ thống phân phối thuốc tự động hoàn toàn trong tương lai.

Ngoài ra, trong lĩnh vực sản xuất tiên tiến, những cỗ máy này có thể đóng vai trò là các khuôn mẫu có thể lập trình để sắp xếp các hạt nano với độ chính xác dưới nanomet. Khả năng này có thể dẫn đến những bước đột phá trong máy tính phân tử và các thiết bị quang học vượt trội so với công nghệ hiện tại.

Thực tế, mặc dù có những bước tiến nhanh chóng, lĩnh vực này vẫn phải đối mặt với không ít rào cản. Chuyển động Brown (sự chuyển động hỗn loạn vô hướng của các hạt ở quy mô phân tử) khiến việc kiểm soát robot trở nên khó khăn hơn nhiều so với hệ thống vĩ mô. Hầu hết các thiết kế robot DNA hiện tại vẫn còn tương đối đơn giản, hoạt động độc lập, đồng thời giới khoa học cũng đang thiếu các cơ sở dữ liệu chi tiết về đặc tính cơ học của DNA cũng như các công cụ mô phỏng hoàn thiện.

Để vượt qua những rào cản này, giới chuyên gia nhấn mạnh sự cần thiết của việc hợp tác liên ngành. Các giải pháp đang được đề xuất bao gồm việc tạo ra các "thư viện bộ phận" DNA tiêu chuẩn, ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa thiết kế và mô phỏng, cùng với việc thúc đẩy các phương pháp sản xuất sinh học.

Nhóm nghiên cứu khẳng định: "Robot của tương lai sẽ không chỉ được làm từ kim loại và nhựa. Chúng sẽ mang tính sinh học, có thể lập trình và thông minh. Chúng sẽ là những công cụ cho phép chúng ta cuối cùng cũng làm chủ được thế giới phân tử".