في دمجٍ مبتكر بين علم الأحياء وتكنولوجيا النانو، طوّر علماء في جامعة كارولاينا الشمالية (UNC) روبوتاتٍ مجهريةً ناعمةً تُحاكي السلوك التكيفي للكائنات الحية.

وصُنعت هذه الهياكل الصغيرة على شكل زهرة - والتي تُسمى "أزهار الحمض النووي" - من بلوراتٍ هجينة تجمع بين الحمض النووي ومواد غير عضوية، وهي قادرة على الطي والفتح بسرعةٍ في غضون ثوانٍ، حسب تقارير.

 ووفقا للباحثين، فإن حركتها العكسية تجعلها من أكثر المواد النانوية ديناميكيةً على الإطلاق، مما يفتح آفاقا جديدةً للأنظمة سريعة الاستجابة في الطب والاستشعار والمواد الذكية.

وقالت رونيت فريمان، مديرة مختبر فريمان في جامعة كارولاينا الشمالية والمؤلفة الرئيسية والمراسلة للورقة البحثية، في بيان: "في المستقبل، يمكن تصميم أزهارٍ متغيرة الشكل، قابلة للبلع أو الزرع، لتوصيل جرعةٍ مُحددةٍ من الأدوية، أو إجراء خزعة، أو إزالة جلطة دموية".

ويعمل الحمض النووي لكل زهرة كنظام تحكم مصغر، يوجه كيفية تفاعلها مع التغيرات البيئية مثل درجة الحرارة، والحموضة، والإشارات الكيميائية.

ويمكن لهذه "الزهور" أن تنفتح، أو تغلق، أو حتى تُحفز تفاعلات كيميائية تبعاً للظروف المحيطة بها، مما يسمح لها بالتكيف وأداء المهام بشكل مستقل.

وتعمل التقنية الأساسية من خلال تجميع الحمض النووي القابل للبرمجة، حيث تُوجه تسلسلات الحمض النووي المصممة بعناية الجسيمات النانوية لتنظيمها في هياكل معقدة.

ويمكن لهذه المواد الهجينة تغيير شكلها بشكل عكسي عند تعرضها لمحفزات مختلفة، وذلك بفضل الطبيعة المتوقعة لارتباط الحمض النووي والاستقرار الذي توفره المكونات غير العضوية مثل الذهب أو أكسيد الجرافين. وفقاً للباحثين، يُمكّن هذا المزيج من البرمجة البيولوجية والمواد النانوية فئة جديدة من الروبوتات اللينة التي يمكنها التحول بشكل متكرر دون فقدان بنيتها.

وفي المستقبل، يمكن استخدام هذه الأنظمة متغيرة الشكل في الطب لتوصيل الأدوية، أو إزالة السموم، أو إجراء عمليات جراحية دقيقة داخل الجسم. وإلى جانب الرعاية الصحية، يمكنها أيضاً المساعدة في تنظيف البيئة من خلال التفاعل مع الملوثات أو تغير الظروف المحيطة بها.

وفي هذا المشروع، استخدم العلماء مواد صغيرة قائمة على الحمض النووي لمحاكاة سلوك تكيفي مماثل، مستوحى من النظم الطبيعية، بما في ذلك حركات المرجان، وتفتح البتلات، وتكوين الأنسجة في الكائنات الحية.

 كان هدفهم هو محاكاة تعقيد الطبيعة في أنظمة اصطناعية قادرة على رؤية بيئتها والتفاعل معها - وهو إنجاز لطالما اعتُبر تحديا في هذه الأحجام الصغيرة- حيث  حقق الباحثون ذلك من خلال ترتيب خيوط الحمض النووي داخل بلورات على شكل زهرة للاستجابة ديناميكيا للتغيرات في محيطها.

وتنغلق البتلات بسبب انثناء الحمض النووي عندما تصبح البيئة حمضية، و يُعاد فتح الهيكل ويسترخي عندما تستقر الظروف.

 باستخدام هذه الحركة العكسية، يمكن التفاعل مع الأنسجة البيولوجية، وبدء التفاعلات، ونقل وإطلاق المواد الكيميائية.

ويشير فريق جامعة نبراسكا إلى أنه على الرغم من أن هذه التقنية لا تزال في مراحلها الأولى، إلا أنها قد تُستخدم في الطب في المستقبل لأخذ خزعات طفيفة التوغل أو لإعطاء أدوية مُخصصة.

وتستطيع أزهار الحمض النووي التحرك في جميع أنحاء الجسم، وتحديد التغيرات في الحموضة المحيطة بالأورام، والتفاعل بإطلاق الأدوية أو جمع العينات.

ويمكن استخدام هذه المواد المرنة خارج قطاع الرعاية الصحية، مثل تنظيف المناطق الملوثة أو كأجهزة تخزين بيانات فعالة للغاية، إذ يمكنها تخزين كميات هائلة من البيانات الرقمية في مساحة صغيرة مع استهلاك طاقة أقل بكثير من التقنيات الحالية.

وقال الباحثون في بيان: "يمثل هذا الاكتشاف خطوة كبيرة نحو مواد قادرة على استشعار بيئتها والاستجابة لها، مما يسد الفجوة بين الأنظمة الحية والآلات".