Sains & Teknologi

Penemuan Baru Biomaterial ‘Hidup’ yang Mandiri

Sekelompok insinyur di Universitas Cornell telah mengembangkan jenis biomaterial baru menggunakan DNA buatan sebagai dasarnya. Pendekatan mereka telah memberikan materi tersebut sejumlah sifat ”seperti kehidupan“, seperti metabolisme dan kemampuan untuk merakit diri dan mengatur diri sendiri.

Metabolisme buatan sangat menarik. Bahan itu diprogram untuk bergerak dan ini didukung oleh metabolismenya. Seperti yang dilaporkan dalam Science Robotics , materi tersebut dapat tumbuh dan membusuk secara otonom. Itu dibuat menggunakan bahan DASH (Hirarki Perakitan dan Sintesis berbasis DNA — DNA-based Assembly and Synthesis of Hierarchical ).

“Kami memperkenalkan konsep material baru yang menyerupai kehidupan manusia yang ditenagai oleh metabolisme buatannya sendiri,” kata penulis senior Dan Luo, profesor teknik biologi dan lingkungan, dalam sebuah pernyataan . “Kami tidak membuat sesuatu yang hidup, tetapi kami menciptakan bahan yang jauh lebih hidup dari yang pernah dilihat sebelumnya. ” 

Materi tersebut dilengkapi dengan instruksi DNA yang memberikan metabolisme dan memungkinkannya untuk regenerasi secara mandiri. Bahan ini memulai kehidupannya sebagai blok bangunan berskala nano dalam larutan reaksi. Kemudian diatur sendiri menjadi untaian polimer yang kemudian menjadi bentuk berukuran hanya beberapa milimeter panjangnya. Suatu larutan kemudian disuntikkan dengan perangkat mikofluida, yang memberikan aliran cairan energi dan blok bangunan yang tepat untuk biosintesis (produksi molekul kompleks pada makhluk hidup) terjadi. 

Pada titik itu, para peneliti menyaksikan materi yang tumbuh di akibat aliran energi dan mendegradasi lainnya. Pertumbuhan dan degradasi ini memungkinkan material untuk bergerak maju melawan aliran dengan cara mengingatkan bagaimana cetakan lendir bergerak. Tim kemudian mampu membuat set materi yang berbeda bersaing satu sama lain dalam perlombaan. Para pemenang dan yang kalah diputuskan oleh keacakan sistem daripada oleh keuntungan intrinsik dari bentuk-bentuk tertentu. 

“Desainnya masih primitif, tetapi mereka menunjukkan rute baru untuk membuat mesin dinamis dari biomolekul. Kami berada pada langkah pertama membangun robot seperti manusia dengan metabolisme buatan, ”penulis utama Shogo Hamada, dosen dan rekan penelitian di lab Luo Cornell, menjelaskan. “Bahkan dari desain yang sederhana, kami mampu menciptakan perilaku canggih seperti mekanisme balapan. Metabolisme buatan dapat membuka batas baru dalam robotika. “

Tim tersebut sekarang tertarik untuk membuat bahan yang dapat merespon rangsangan seperti cahaya dan bahkan mungkin mendeteksi bahaya. Penggunaan DNA sintetis berarti ada kemungkinan bahwa materi akan berevolusi sendiri, menciptakan versi yang lebih baik dan lebih baik dari dirinya sendiri. Pendekatan ini dapat digunakan untuk mendeteksi patogen, membuat bahan nano baru, menghasilkan protein, dan bahkan mungkin bertindak sebagai dasar untuk biokomputer.   

( A ) Skema DASH menggambarkan jalur metabolisme buatan buatan anabolik dan katabolik. ( B dan C ) Implementasi DASH. (B) Sintesis DNA prekursor oleh RCA. (C) Pembentukan pola DASH oleh perakitan disipatif menggunakan aliran dengan hambatan dalam perangkat mikofluida. ( D ke K) Pola DASH yang dihasilkan. (D) 1D baris dengan lebar maksimum 15 μm. (E) 1D baris dengan lebar minimum. (F) Pola lintas silang 2D. (G) Gambar 2D (pola heliks ganda). (H) Gambar 2D (persegi). (I ke K) Gambar 2D (D, N, dan A bentuk huruf). Garis putus-putus dalam (D) ke (F) menunjukkan batas-batas rintangan. Lihat gbr. S42 untuk detail lebih lanjut dari desain. Skala bar, 10 μm (D ke F), 100 μm (G), 50 μm (H), 100 μm (I ke K). Semua laju aliran, 0,1 μl / mnt. Sumber : Robotics