प्रतिष्ठित डच पवनचक्कियों और जैविक मोटर प्रोटीन से प्रेरित होकर, डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों ने डीएनए से दुनिया की सबसे छोटी, स्व-कॉन्फ़िगरिंग प्रवाह-संचालित मोटर विकसित की है। यह प्रवाह-संचालित रोटर विद्युत या नमक प्रवणता से ऊर्जा को उपयोगी यांत्रिक कार्यों में परिवर्तित करता है।
डॉ. ज़िन शी, बायोनोसाइंस विभाग में प्रोफेसर सीस डेकर की प्रयोगशाला में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता हैं। डेल्फ़्ट प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (टीयू डेल्फ़्ट), ने कहा, “रोटरी मोटर्स सहस्राब्दियों से मानव समाज के पावरहाउस रहे हैं। प्रवाह द्वारा संचालित ये रोटरी मोटरें उन कोशिकाओं में भी काम करती हैं जिन्हें संचालित करने की आवश्यकता होती है। लेकिन नैनोस्केल पर सिंथेटिक निर्माण अब तक मायावी बना हुआ है।
“हमारी प्रवाह-चालित मोटर बनाई गई है डीएनए सामग्री। एक पतली झिल्ली में, यह संरचना एक नैनोपोर, एक छोटे से उद्घाटन पर डॉक की गई है। केवल 7-नैनोमीटर मोटाई का डीएनए बंडल एक विद्युत क्षेत्र के तहत रोटर जैसी कॉन्फ़िगरेशन में स्वयं व्यवस्थित होता है जो बाद में प्रति सेकंड 10 से अधिक क्रांतियों की निरंतर रोटरी गति में सेट होता है।
7 वर्षों से, वैज्ञानिक ऐसे रोटरी नैनोमोटर्स को कृत्रिम रूप से निर्मित करने का प्रयास कर रहे हैं। इस अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने डीएनए ओरिगेमी नामक एक तकनीक का उपयोग किया जो 2डी और 3डी नैनो-ऑब्जेक्ट्स के निर्माण के लिए पूरक डीएनए बेस जोड़े के बीच विशिष्ट इंटरैक्शन का उपयोग करता है।
पानी और आयन प्रवाह रोटर्स के लिए शक्ति प्रदान करते हैं। इसे वोल्टेज लागू करके या अधिक सरलता से, झिल्ली के दो किनारों पर अलग-अलग नमक सामग्री रखकर स्थापित किया जाता है। उत्तरार्द्ध जीव विज्ञान के सबसे प्रचुर ऊर्जा स्रोतों में से एक है और सेल प्रणोदन और सेलुलर ईंधन के निर्माण जैसे कई महत्वपूर्ण कार्यों को बढ़ावा देता है।
वैज्ञानिकों ने नोट किया, "यह उपलब्धि एक मील का पत्थर है, क्योंकि यह नैनोस्केल पर प्रवाह-संचालित सक्रिय रोटर्स का पहला प्रायोगिक कार्यान्वयन है।"
घुमावों को देखने के बाद वैज्ञानिक हैरान थे: इतनी सरल डीएनए छड़ें इन अच्छे, निरंतर घुमावों को कैसे प्रदर्शित कर सकती हैं?
उन्होंने गौटिंगेन में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर डायनेमिक्स एंड सेल्फ-ऑर्गनाइजेशन में सिद्धांतकार रामिन गोलेस्टेनियन और उनकी टीम के साथ चर्चा में पहेली को हल किया। उन्होंने एक नए मॉडल वाले सिस्टम के माध्यम से आकर्षक स्व-संगठन प्रक्रिया पाई, जहां बंडल स्वचालित रूप से चिरल रोटर्स में विकृत हो जाते हैं जो फिर नैनोपोर्स से प्रवाह में जुड़ जाते हैं।
उसने कहा, “यह स्व-संगठन प्रक्रिया वास्तव में सादगी की सुंदरता को दर्शाती है। लेकिन इस कार्य का महत्व इस साधारण रोटर तक ही सीमित नहीं है। इसके पीछे की तकनीक और भौतिक तंत्र सिंथेटिक नैनोमोटर्स के निर्माण की एक पूरी तरह से नई दिशा स्थापित करते हैं: प्रवाह-संचालित नैनो टर्बाइन, वैज्ञानिकों और इंजीनियरों द्वारा आश्चर्यजनक रूप से अज्ञात क्षेत्र।"
"आपको आश्चर्य होगा कि हम इस तरह के प्रवाह-संचालित नैनो टर्बाइनों के निर्माण के बारे में कितना कम जानते थे और हासिल कर पाए थे, विशेष रूप से हमारे पास उनके मैक्रोस्केल समकक्षों के निर्माण और जीवन में उनके द्वारा निभाई जाने वाली महत्वपूर्ण भूमिकाओं के सहस्राब्दी पुराने ज्ञान को देखते हुए।"
इसके बाद वैज्ञानिकों ने एक महत्वपूर्ण प्रगति की: उन्होंने स्व-संगठित रोटर विकसित करने के बाद प्राप्त ज्ञान का उपयोग करके नैनोस्केल टरबाइन को डिजाइन किया।
उसने कहा, "जैसा कि विज्ञान और प्रौद्योगिकियां हमेशा काम करती हैं, हमने एक साधारण पिनव्हील से शुरुआत की, अब सुंदर डच पवन चक्कियों को फिर से बना सकते हैं, लेकिन इस बार केवल 25 एनएम के आकार के साथ, एक एकल का आकार आपके शरीर में प्रोटीन, और उन्होंने भार उठाने की अपनी क्षमता का प्रदर्शन किया।
शोध की देखरेख करने वाले सीज़ डेकर ने कहा, “और अब, रोटेशन की दिशा डिज़ाइन की गई चिरलिटी द्वारा निर्धारित की गई थी। बाएं हाथ के टर्बाइन दक्षिणावर्त घूमते हैं; दाएँ हाथ वाले वामावर्त दिशा में घूमते हैं।”
वह कहा, “FoF1-ATP सिंथेज़ जैसे मोटर प्रोटीन की बेहतर समझ और नकल के अलावा, परिणाम नैनोस्केल पर इंजीनियरिंग सक्रिय रोबोटिक्स के लिए नए दृष्टिकोण खोलते हैं। हमने यहां जो प्रदर्शित किया है वह एक नैनोस्केल इंजन है जो वास्तव में ऊर्जा स्थानांतरित करने और काम करने में सक्षम है। आप 18वीं शताब्दी में भाप इंजन के पहले आविष्कार के साथ एक सादृश्य बना सकते हैं। तब कौन अनुमान लगा सकता था कि इसने हमारे समाजों को मौलिक रूप से कैसे बदल दिया? हम इन आणविक नैनोमोटर्स के साथ अब एक समान चरण में हो सकते हैं। संभावनाएं असीमित हैं, लेकिन अभी भी बहुत काम करना बाकी है।”
जर्नल संदर्भ:
- शि, एक्स., पम्म, ए.के., इसेन्सी, जे. एट अल. नैनोपोर पर स्व-संगठित डीएनए रोटर का निरंतर यूनिडायरेक्शनल रोटेशन। नेट। मानसिक. (2022)। डीओआई: 10.1038 / s41567-022-01683-z
