لأول مرة ، نجح العلماء في إنشاء محرك كهربائي جزيئي باستخدام طريقة DNA Origami. يتكون المحرك من مادة وراثية تجمع نفسها وتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية.
ابتكر Paul Rothemund هذه التقنية في عام 2006 ، وقام فريق البحث في TUM لاحقًا بتحسينها. يتألف الحمض النووي من عدة خيوط مفردة طويلة تعمل كقاعدة لربط خيوط الحمض النووي الأخرى كنظيرات. يتم اختيار تسلسل الحمض النووي ، بحيث ينتج عن الخيوط المنضمة والمناطق المطوية الهياكل المرغوبة.
هندريك ديتز ، أستاذ تقنية النانو الجزيئية الحيوية في توم، قال، لقد عملنا على تطوير طريقة التصنيع هذه لسنوات عديدة ويمكننا الآن تطوير كائنات معينة ومعقدة ، مثل المفاتيح الجزيئية أو الأجسام المجوفة التي يمكنها احتجاز الفيروسات. إذا وضعت خيوط الحمض النووي مع التسلسل الصحيح في المحلول ، فإن الكائنات تتجمع ذاتيًا ".
المحرك النانوي الجديد مصنوع من الحمض النووي تتكون المادة من ثلاثة مكونات: قاعدة ومنصة وذراع دوار. يبلغ ارتفاع القاعدة 40 نانومترًا تقريبًا ويتم تثبيتها على لوح زجاجي في محلول عبر روابط كيميائية على لوح زجاجي. يتم تثبيت ذراع دوار يصل طوله إلى 500 نانومتر على القاعدة حتى تتمكن من الدوران. مكون آخر مهم للمحرك للعمل على النحو المنشود هو منصة بين القاعدة وذراع الدوار. تحتوي هذه المنصة على عوائق تؤثر على حركة ذراع الدوار. يجب أن ينحني ذراع الدوار لأعلى قليلاً لتخطي العوائق وتدويره ، على غرار السقاطة.
تتحرك أذرع الدوار للمحرك بشكل عشوائي في اتجاه واحد أو آخر بدون مصدر طاقة. يحدث ذلك بسبب الاصطدامات العشوائية مع جزيئات من المذيب المحيط. عندما يتم تطبيق جهد التيار المتردد من خلال قطبين كهربائيين ، فإن أذرع الدوار تدور بطريقة مستهدفة ومستمرة في اتجاه واحد.
قال رامين جولستانيان ، الذي قاد التحليل النظري لآلية المحرك ، يتمتع المحرك الجديد بقدرات ميكانيكية غير مسبوقة: يمكنه تحقيق عزم دوران في حدود 10 بيكون نيوتن نانومتر. ويمكن أن تولد طاقة أكبر في الثانية مما يحدث عند انقسام جزيئين من ATP ".
تنتج الحركة المستهدفة للمحرك عن تراكب القوى الكهربائية مع القوى التي يتعرض لها ذراع الدوار بسبب حواجز السقاطة. يتحقق "السقاطة البراونية الوامضة" المزعومة من خلال العملية الأساسية. ال الحقل الكهربائيأتاح اتجاهه ، وكذلك تردد واتساع جهد التيار المتردد ، للعلماء التحكم في سرعة الدوران واتجاهه.
ديتز محمد, "يمكن أن يكون للمحرك الجديد أيضًا تطبيقات تقنية في المستقبل. إذا قمنا بتطوير المحرك أكثر ، فيمكننا استخدامه في المستقبل لدفع التفاعلات الكيميائية التي يحددها المستخدم ، مستوحاة من كيفية جعل ATP synthase مدفوعًا بالدوران. ثم ، على سبيل المثال ، يمكن طلاء الأسطح بكثافة بمثل هذه المحركات. ثم ستضيف مواد البدء ، وتطبق القليل من جهد التيار المتردد ، وتنتج المحركات المركب الكيميائي المطلوب ".
المرجع مجلة:
- آنا كاثرينا بوم ، ووتر إنجيلين ، إنزو كوبرجر ، جوناس إيسينزي ، ماتياس فوغت ، فيكتوريا كوزينا ، ماسيمو كوب ، ماكسيميليان إن. محرك السقاطة الدوارة DNA اوريغامي. الطبيعة (2022). معرف الهوية الرقمي: 10.1038 / s41586-022-04910 ذ
