彼らがより情報密度の高いビットを選択できる理由は、読み取りヘッドの物理的性質によるものです。 頭が -1 にくっつくと、予測可能な方法でゆがみます。 +1とみなされる部分にくっつくと、逆にゆがみます。 0 の場合、ゆがみはありません。
次に、読み取り中に分子マシンに光を当てると、3 つのゆがみのそれぞれがその光を独自の方法でねじります。 科学者たちは、この光を読み取ることで、頭がどのように形を変えているかを追跡することができました。 彼らは、円偏光二色性分光法と呼ばれるプロセスを使用して、ラチェットがテープを少しずつ進めたときの形状を決定しました。
最終結果: 彼らは、頭が読み取ったものに反応することを示しました。 つまり、物理学と化学の基本的なプロセスを使用して、分子レベルで情報を中継できることを発見しました。 「これは原理の最初の証明であり、効果的にそれを行うことができることを示しています」と、フランス国立科学研究センターのポリマー化学者であるジャン=フランソワ・ルッツは言います。彼は研究には関与していません. 「それは概念化されていますが、実際に達成されることはありませんでした。」
「分子機械が設計された方法は非常に複雑で、非常に優れています」と述べています。 リー・クローニングラスゴー大学の化学者で、この研究には関与していません。 (クロニンのチームは 開拓した Chemputer と呼ばれる別のタイプの化学コンピューターで、 化学反応を確実に自動化.) 「分子レベルでアセンブリをデジタル制御し、すべてのストランドをオーダーメイドにすることができれば、素晴らしい材料を作ることができます」と彼は続けます. 「しかし、私たちはそれから少し離れています。 そして、私はそれを過度に約束しないことを切望しています。」
ルッツも言い過ぎないように気をつけている。 彼は、「読む」機能が遅く、読み取れる情報が最小限であると指摘しています。 また、分子コンピューターを使用して情報を「書き込む」こともまだ可能ではありません。これは、実際に新薬やプラスチックを製造するために必要となるものです。
リーは速度について心配していません。 現在の実験では、情報のブロック間を移動するのに数時間かかりました。 自然界では「リボソームは 1 秒間に約 20 桁を読み取ることができる」ため、最終的にはより高速になると彼は考えています。 そして彼にとって、情報のミニマリズムもポイントです。 それは、おそらくコンピューティング、データ ストレージ、または製造のために、情報をできるだけ小さなスペースに詰め込み、自律的に取得することです。 彼はそれを「テクノロジーの究極の小型化」と呼んでいます。
とはいえ、彼には成長のためのアイデアがあります。 彼は、いつの日か 5 方向または 7 方向コードを使用できるようになると想像しています。これにより、テープの各ブロックにより多くの情報が埋め込まれます。
次のステップは、彼の分子マシンを 書きます。 現在の論文で、Leigh のチームは、形状を変えるリーダー分子が、その形状に応じて異なる化学反応を触媒できる可能性があることを提案しています。 (+1 を読み取り、分子 A を作成します。0 を読み取って、分子 B を作成します。) このような分子リーダーでいっぱいのタンクを想像できます。これらはすべて、同じ分子を印刷するようにプログラムされており、一種の工場として機能しています。細胞が作ることのできないポリマー。 「合成科学者として、私たちは使用できる元素の周期表をすべて持っています」と Leigh は言います。 「それは、生物学が制限されていた方法から自由になりつつあります。」
リーは特に、この方法で新しいプラスチックを製造したいと考えています。 ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリプロピレンなどのプラスチックは、ポリマー、同じ繰り返し単位の長鎖、またはモノマーです。 それらの物理的特性は私たちにとって有用です。 しかし、モノマーを意図的に混ぜ合わせることで、どのような種類のスーパーマテリアルが生まれるのか、誰が知っているでしょうか?
ビルディング ブロックの組み合わせは、生物学における強力な概念です。 たとえば、世界中のすべてのタンパク質は、わずか 20 種類のアミノ酸の組み合わせに基づいています。 「クモの糸を考えてみましょう。これはタンパク質で、鋼鉄の 5 倍の強さがあります」と Leigh 氏は言います。 「まったく同じ20個のアミノ酸を異なる順序で組み立てると、筋肉の構成要素であるミオシンが得られ、力を生成したり、抗体を作成したりできます。」
ルッツは、分子機械に対する高い野心は新しいものではないと警告する。 「化学で夢を見るのはいつでも簡単ですが、それを実現するのは別のことです」と彼は言います。
それでも、Leigh のような漸進的な進歩は、化学に少し近づいています。 「彼らがそれをスケーリングできれば、それは素晴らしいことです」と Cronin 氏は言います。 「しかし、それらはチューリング マシンにはほど遠いものです。」