BAGIKAN
Credit: Ohio State University

Suatu hari nanti, para ilmuwan percaya, DNA berbasis robot dan perangkat nano lainnya mampu mengirimkan obat ke dalam tubuh kita. Mendeteksi keberadaan berbagai patogen mematikan, serta membantu memproduksi peralatan elektronik yang berukuran lebih kecil.

Para peneliti melakukan langkah besar menuju masa depan dengan mengembangkan sebuah alat baru yang dapat merancang robot dan perangkat nano DNA yang jauh lebih kompleks daripada sebelumnya, serta dibuat dalam waktu yang lebih singkat.

Dalam makalah yang diterbitkan di jurnal Nature Materials, para peneliti dari The Ohio State University yang dipimpin oleh Chao-Min Huang, meluncurkan sebuah perangkat lunak yang mereka sebut MagicDNA.

Perangkat lunak ini membantu para peneliti merancang cara untuk mengambil untaian kecil DNA dan menggabungkannya ke dalam struktur kompleks dengan bagian-bagian seperti rotor dan engsel yang dapat bergerak dan menyelesaikan berbagai tugas, termasuk pengiriman obat.

Para peneliti telah melakukan ini selama beberapa tahun dengan alat yang lebih lambat dengan langkah manual yang membosankan, kata Carlos Castro, rekan penulis studi dan profesor teknik mesin dan ruang angkasa di Ohio State.

“Tapi sekarang, perangkat nano yang mungkin membutuhkan beberapa hari untuk kami desain sebelumnya, sekarang hanya membutuhkan beberapa menit,” kata Castro.

Dan sekarang para peneliti dapat membuat perangkat nano yang jauh lebih kompleks.

“Sebelumnya, kami dapat membuat perangkat dengan menggunakan hingga sekitar enam komponen individu dan menghubungkannya dengan sambungan dan engsel dan mencoba membuatnya melakukan gerakan yang kompleks,” kata rekan penulis studi Hai-Jun Su, profesor teknik mesin dan kedirgantaraan di Ohio State.

“Dengan perangkat lunak ini, tidak sulit untuk membuat robot atau perangkat lain dengan lebih dari 20 komponen yang jauh lebih mudah dikendalikan. Ini adalah langkah besar dalam kemampuan kami untuk merancang perangkat nano yang dapat melakukan tindakan kompleks seperti yang ingin kita lakukan.”

Perangkat lunak ini memiliki berbagai keunggulan yang akan membantu para ilmuwan merancang layanan nano yang lebih baik dan lebih membantu dan — para peneliti berharap — mempersingkat waktu sebelum digunakan sehari-hari.

Salah satu keuntungannya adalah memungkinkan para peneliti untuk melaksanakan seluruh desain dengan benar-benar dalam 3 dimensi. Alat desain sebelumnya hanya dapat melakukannya dalam 2 dimensi, memaksa peneliti untuk memetakan kreasi mereka ke dalam 3 dimensi. Sehingga, membuat para desainer tidak dapat membuat suatu perangkat yang terlalu rumit.

Perangkat lunak ini juga memungkinkan perancang untuk membangun struktur DNA “dari bawah ke atas” atau “dari atas ke bawah”.

Dalam desain “bottom up”, peneliti mengambil untaian DNA individu dan memutuskan bagaimana mengaturnya ke dalam sebuah struktur seperti yang diinginkan, sehingga memungkinkan kendali yang baik terhadap struktur dan properti perangkat lokal.

Tetapi mereka juga dapat mengambil pendekatan “dari atas ke bawah” di mana mereka memutuskan bagaimana perangkat mereka secara keseluruhan perlu dibentuk secara geometris dan kemudian mengotomatiskan bagaimana untaian DNA disatukan.

Menggabungkan keduanya memungkinkan untuk meningkatkan kompleksitas geometri secara keseluruhan sambil mempertahankan kontrol yang tepat atas properti komponen individu, kata Castro.

Elemen kunci lain dari perangkat lunak ini adalah memungkinkan simulasi tentang bagaimana perangkat DNA yang dirancang akan bergerak dan beroperasi di dunia nyata.

“Saat Anda membuat struktur ini lebih kompleks, sulit untuk memprediksi dengan tepat seperti apa mereka akan terlihat dan bagaimana mereka akan berperilaku,” kata Castro.

“Sangatlah penting untuk dapat mensimulasikan bagaimana perangkat kami akan beroperasi. Jika tidak, kami membuang banyak waktu.”

Sebagai demonstrasi kemampuan perangkat lunak, penulis Anjelica Kucinic, seorang mahasiswa doktoral di bidang teknik kimia dan biomolekuler di Ohio State, memimpin para peneliti dalam membuat dan mengkarakterisasi banyak struktur nano yang dirancang oleh perangkat lunak tersebut.

Beberapa perangkat yang mereka buat termasuk lengan robot dengan cakar yang dapat mengambil benda-benda yang lebih kecil, dan struktur berukuran ratusan nanometer yang terlihat seperti pesawat terbang (“Pesawat” ini 1000 kali lebih kecil dari lebar rambut manusia).

Kemampuan untuk membuat perangkat nano yang lebih kompleks berarti mereka dapat melakukan lebih banyak hal berguna dan bahkan melakukan banyak tugas dengan satu perangkat, kata Castro.

Misalnya, memiliki robot DNA yang setelah dimasukan ke dalam aliran darah, dapat mendeteksi patogen tertentu adalah satu hal.

“Tapi perangkat yang lebih kompleks mungkin tidak hanya mendeteksi bahwa sesuatu yang buruk terjadi, tetapi juga dapat bereaksi dengan melepaskan obat atau menangkap patogennya,” katanya.

“Kami ingin dapat merancang robot yang merespons dengan cara tertentu terhadap rangsangan atau bergerak dengan cara tertentu.”

Castro berharap dalam beberapa tahun ke depan, perangkat lunak MagicDNA akan digunakan di universitas dan laboratorium penelitian lainnya. Namun penggunaannya bisa meluas di masa depan.

“Ada semakin banyak minat komersial dalam teknologi nano DNA,” katanya. “Saya pikir dalam lima hingga 10 tahun ke depan kami akan mulai menjumpai aplikasi komersial dari layanan perangkat nano DNA dan kami optimis bahwa perangkat lunak ini dapat membantu dalam menciptakannya.”