A tudósok először sikerült molekuláris elektromos motort létrehozni a DNS origami módszerrel. A motor genetikai anyagból áll, amely összeszereli magát, és az elektromos energiát mozgási energiává alakítja.
Paul Rothmund 2006-ban alkotta meg ezt a technikát, és a TUM kutatócsoportja később továbbfejlesztette. A DNS több hosszú, egyedi szálból áll, amelyek bázisként szolgálnak a többi DNS-szálhoz, amelyekhez megfelelőiként kapcsolódhatnak. A DNS-szekvenciákat megválasztjuk, így az összekapcsolt szálak és a felhajtott régiók a kívánt struktúrákat eredményezik.
Hendrik Dietz, a biomolekuláris nanotechnológia professzora TUM, mondott, „Évek óta fejlesztjük ezt a gyártási módszert, és most már egyedi és összetett objektumokat is ki tudunk fejleszteni, például molekuláris kapcsolókat vagy üreges testeket, amelyek képesek elkapni a vírusokat. Ha a megfelelő szekvenciákkal rendelkező DNS-szálakat oldatba helyezi, az objektumok önmagukban összeállnak.”
Az új nanomotor DNS Az anyag három részből áll: alapból, platformból és rotorkarból. Az alap körülbelül 40 nanométer magas, és egy üveglapon lévő kémiai kötésekkel egy oldatban lévő üveglaphoz van rögzítve. Az alapra egy legfeljebb 500 nanométer hosszú rotorkar van felszerelve, hogy az el tudjon forogni. A motor rendeltetésszerű működéséhez egy másik kulcsfontosságú alkatrész egy platform az alap és a forgórész karja között. Ez a platform olyan akadályokat tartalmaz, amelyek befolyásolják a forgórész karjának mozgását. A forgórész karjának kissé felfelé kell hajolnia, hogy áthaladjon az akadályokon, és forogjon, hasonlóan egy racsnihoz.
A motor forgórészkarjai energiaellátás nélkül véletlenszerűen mozognak egyik vagy másik irányba. Ez a környező oldószer molekuláival való véletlenszerű ütközések miatt következik be. Ha két elektródán keresztül váltakozó feszültséget kapcsolunk, a forgórész karjai célirányosan és folyamatosan egy irányban forognak.
Ramin Golestanian, aki a motor mechanizmusának elméleti elemzését vezette, elmondta: „Az új motor példátlan mechanikai képességekkel rendelkezik: 10 piconewton-szor nanométeres nyomatékot képes elérni. És másodpercenként több energiát tud termelni, mint amikor két ATP-molekula széthasad.”
A motorok célzott mozgása abból adódik, hogy az elektromos erők szuperpozícióban vannak azokkal az erőkkel, amelyeknek a rotorkart a racsnis akadályok miatt ki kell téve. Egy állítólagos „villogó Brown-racsnis” valósul meg a mögöttes folyamaton keresztül. A elektromos mezőAz irány, valamint az AC feszültség frekvenciája és amplitúdója lehetővé tette a tudósok számára, hogy szabályozzák a forgás sebességét és irányát.
Dietz mondott, „Az új motornak a jövőben műszaki alkalmazásai is lehetnek. Ha továbbfejlesztjük a motort, a jövőben felhasználhatjuk a felhasználó által definiált kémiai reakciók lebonyolítására, amelyet az ihletett, hogy az ATP-szintáz miként teszi az ATP-t forgatás által vezérelhetővé. Ilyen motorokkal például sűrűn lehetne bevonni a felületeket. Ezután hozzáadja a kiindulási anyagokat, rákapcsol egy kis váltakozó feszültséget, és a motorok előállítják a kívánt kémiai vegyületet.
Journal Reference:
- Anna-Katharina Pumm, Wouter Engelen, Enzo Kopperger, Jonas Isensee, Matthias Vogt, Viktorija Kozina, Massimo Kube, Maximilian N. Honemann, Eva Bertosin, Martin Langecker, Ramin Golestanian, Friedrich C. Simmel és Hendrik Dietz. Egy DNS origami forgó racsnis motor. Természet (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04910-y
