世界初、分子を組み立てられる「分子ロボット」:英大学が開発に成功

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マンチェスター大学の研究者チームが世界で始めて、微細なアームで新しい分子を組み立てられる「分子ロボット」を作り出した。医学分野から産業分野まで幅広い応用が期待されているという、そのミクロなロボットの潜在能力とは。

TEXT BY MARA MAGISTRONI
TRANSLATION BY TAKESHI OTOSHI

WIRED(IT)

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IMAGE COURTESY OF THE UNIVERSITY OF MANCHESTER

イギリスのマンチェスター大学で開発されたロボットは本当に小さい。150の炭素、水素、酸素、窒素の原子からなり、ロボットアームを形成し、溶液のなかで分子を組み立てるといった単純な作業を、世界で初めて実現したのだ。

これは「分子ロボット」と呼ばれている。専門家たちによると、遠くない未来、医療分野や産業分野において化学プロセスを最適化するために用いられるようになるかもしれない。

1ミリメートルの100万分の1というサイズの小ささを理解するには、こう説明したほうがいいだろう。この分子ロボットが1兆個も集まって、ようやく塩1粒の大きさになるのだ。

このミクロなマシーンの実現をもたらしたプロセスは、レゴブロックでロボットを作ることとそれほど異なるわけではない。ただ、組み立てが化学的なのだ。そして、分子ロボットをプログラミングして機能させるために用いられる原則も、また化学的なものである。

「用いられるプロセスは、単純な化学元素から薬剤やプラスチック素材をつくるために科学者たちが用いるものと同じです」と、『Nature』で発表された研究の責任者、デヴィッド・リーは説明する。「一度ナノロボットが形成されたら、これは化学的なインプットを通じて科学者により制御されます。これはロボットに何をいつするかを伝える信号で、まさにコンピューターのプログラムと同じです」

まるで工場のロボットアームのように動く

分子ロボットはミクロな世界において、まさにライン生産方式の機械ロボットと同じように動作する。腕は溶液中で原子や分子を動かし、これらを一緒に組み立てて、より大きな分子をつくり出すようにプログラムできる。

分子ロボットの構造をつくり出したあとで、イギリスの科学者たちは利用プロトコルを開発した。これを基にして、溶液のいくつかの化学的特徴(例えばpH)を変化させることにより、ロボットの腕が形状を変えて異なる分子と相互作用するように誘導する。

ロボットは研究者たちの供給した化学基を特定の活性部位に近づけて、新しい分子を形成する。定められた条件に基づいて、専門家たちは従来の生産過程と比べると時間、材料、リソースを節約しながら4つの異なる分子を獲得した。

したがって、非常に小さいが、潜在能力は非常に大きい。実際、これを使用することで、 医学分野から産業分野にまでわたる応用のために、非常に正確な化学反応を起こしてあらかじめ予定していた化合物が得られる利点があるだろう。

一例を挙げる。互いに非常によく似ていて、化学式の観点からは同一だが空間における原子の配置が異なる複数の産出物が得られる反応が存在する。この特性は専門用語で「キラリティー」と呼ばれていて、この化合物がほかの分子との相互作用において及ぼす効果に大きく影響する可能性がある(例えば医薬の場合、その効用に影響する可能性がある)。

化学反応からどの産出物を生じさせるかを選ぶことはできない。しかしリーとその同僚たちの研究は、分子ロボットが分子を動かすことで介入し、最も関心をひく化合物へとプロセスを誘導することができることを示した。

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