«Если», 2016 № 02

Команда исследователей из университета МакГилла (McGill University) разработала технологию потокового упорядочивания золотых наночастиц с помощью синтетической ДНК, содержащей определенные «липкие» участки. Нужные фрагменты молекулы прикрепляются к наночастицам, а остальные смываются дистиллированной водой. Попадая в среду, наполненную короткими цепочками, отброшенные участки ДНК восстанавливают свою структуру и используются для «штамповки» следующей наночастицы. Нити ДНК запрограммированы на сопряжение с другими нитями, что используется для создания трехмерных структур, которые в дальнейшем могут найти применение в электронике, медицине и других сферах. Результаты исследования опубликованы в январе 2016 года в журнале Nature Chemistry.

Сегменты, подчиненные этим простым функциям, могут быть скомбинированы так, чтобы строить более сложные машины. Химические реакции могут связывать атомы различным образом, а молекулярные машины могут направлять химические реакции в соответствии с программными инструкциями, тем самым реализуя функцию классических ассемблеров.

Такие машины объединят расщепляющие и склеивающие способности ферментов с возможностью программирования рибосом, но в отличие от последних смогут строить не только неплотные складки белка, но и прочные объекты из металла, керамики или алмаза.

Искусственные репликаторы могут работать подобно воспроизводящимся клеткам, используя ассемблеры вместо рибосом, но есть вероятность, что инженеры придумают другие подходы к задаче. В итоге часть репликаторов вообще не будет похожа на клетки, скорее на фабрики, уменьшенные до соответствующего размера и содержащие установленные на молекулярном каркасе наномашины и конвейерные ремни. Снаружи у них будет набор манипуляторов, служащий для сборки копий по отдельному атому или по целой секции атомов за одну операцию. Связывая правильным образом нужные атомы, такие машины практически смогут собрать все что угодно.

Для строительства крупных объектов молекулярные ассемблеры и макроассемблеры будут работать в единой связке. Используя стратегию, позаимствованную у живых организмов с их сложной системой сосудов, снабжающих клетки необходимыми веществами, подобные сборочные комплексы смогут, возводя строительные леса и работая по всему объему, соединять материалы, принесенные по каналам извне. В результате большая часть выделившегося тепла будет рассеиваться достаточно далеко от основного места сборки.

Основные области применения нанотехнологий

Информационные технологии. Как правило, при производстве микросхем дефекты молекулярного масштаба неизбежны. С молекулярными ассемблерами появится возможность строить схемы с точностью до атома в трех измерениях.

Сейчас самые быстрые компьютеры — электронные, но для сверхплотных процессоров это совершенно не обязательно.

Может показаться странным, но сущность вычисления не имеет никакого отношения к электронике. Цифровой компьютер — сборище переключателей, способных включать и выключать друг друга: начинают работу в одной позиции, далее переключают друг друга в новое положение и т. д. Инженеры строят компьютеры из крошечных электронных переключателей, связанных проводами, просто потому, что механические переключатели, связанные палочками или ниточками, были бы сегодня большими, медленными, ненадежными и дорогими.