دانشمندان در حال یافتن راه‌هایی برای پایدار کردن این نانو دستگاه‌های قابل برنامه‌ریزی در سلول‌های زنده می باشند.

به نقل از اس‌تی‌دی، محققان در بازدید تازه خود در ربط با محاسبات هوشمند، چگونگی تامین نیروی این نانودستگاه‌های پویا توسط عکس العمل‌های جابجایی دی‌ان‌ای را توضیح دادند. آنها می‌توانند به زودی محاسبات، سنجش و کنترل در سیستم‌های بیولوژیکی را در لحظه انجام بدهند.

چگونگی تامین نیروی مولکولی توسط جابجایی رشته DNA

هسته مهم این فناوری، «مدارهای جابجایی رشته دی‌ان‌ای» است که عنصر کلیدی این نانوفناوری است. این مدارها برای جابجایی رشته از محل «توهولد»( toehold) منفعت گیری می‌کنند که در آنجا دی‌ان‌ای با دی‌ان‌ای فرد دیگر متصل می‌شود و با منفعت گیری از حرکت شاخه‌ای، رشته حاضر را جابجا می‌کند.

سامانه‌های بنیادی می‌توانند عملیات منطقی پیچیده و تحکیم سیگنال را انجام بدهند، در حالی که «دروازه‌های همکاری»( cooperative gates) برای تشکیل یک خروجی به ورودی‌های بسیاری نیاز دارند و امکان کنترل پیچیده را فراهم می‌کنند. این اجزای مجزا را می‌توان در شبکه‌های بزرگتر همانند‌سازی شده ترکیب کرد.

 این چنین جابجایی رشته دی‌ان‌ای به دستگاه‌های نانوساختار متصل می‌شود و امکان تغییرات کنترل‌شده در شکل را ممکن می‌سازد و دامنه کاربردهای بیولوژیکی را گسترش می‌دهد.

به حرف های محققان، عکس العمل‌های جابجایی رشته دی‌ان‌ای می‌توانند توسط اجزای بیولوژیکی همانند مولکول‌های کوچک، پروتئین‌ها و یون‌ها انجام شوند.

چالش‌ها و راه حل‌ها برای کارکرد درون‌سلولی

 در مرحله های مقدماتی، جابجایی رشته دی‌ان‌ای در شرایط آزمایشگاهی انجام می‌شود و کاربرد آن در بدن با چالش‌های بسیاری روبه رو است. محققان برای افزایش پایداری این رشته، تغییرات ساختاری بسیاری را مورد بازدید قرار داده‌اند.

از آنجایی که زیاد تر سلول‌ها به طور طبیعی دی‌ان‌ای خارجی را دفع می‌کنند، قرار دادن این نانودستگاه‌ها داخل سلول‌ به تکنیک‌های تخصصی نیاز دارد. هنگامی که این دستگاه‌ها درون سلول قرار می‌گیرند، عوامل سلولی همانند غلظت نمک و ازدحام مولکولی بر عکس العمل‌های جابجایی رشته تأثیر می‌گذارند.

محققان برای تسلط بر این چالش‌ها در حال گسترش نانودستگاه‌های «RNA» می باشند که در پلاسمیدها یا کروموزوم‌ها کدگذاری خواهد شد و به سلول‌ها اجازه خواهند داد تا این مدارها را نمایان کنند. این گسترش می‌تواند تبدیل بهبود فرآیند عملیات شوند.

پیش به سوی ماشین‌های دی‌ان‌ای هوشمند و زیست‌رایانه‌ها

جابجایی رشته دی‌ان‌ای در گسترش نسخه‌های محاسباتی منفعت گیری شده است. با ادغام اصول محاسباتی با جابجایی این رشته می‌توان الگوریتم‌های محاسباتی ساختاریافته را با فرآیندهای بیوشیمیایی و عکس العمل‌های شیمیایی در سیستم‌های بیولوژیکی ترکیب کرد.

در آینده، جابجایی رشته دی‌ان‌ای امکان پذیر با منفعت گیری از ماشین‌های نانویی با کارکرد خودکار انجام شود. این ماشین‌ها قادر به دستکاری دقیق فرآیندهای بیولوژیکی می باشند که تبدیل جهش‌های کوانتومی در تحقیقات بهداشتی و علوم زیستی خواهد شد.