Per la prima volta, gli scienziati hanno creato con successo un motore elettrico molecolare utilizzando il metodo dell'origami del DNA. Il motore è costituito da materiale genetico che si assembla e converte l'energia elettrica in energia cinetica.
Paul Rothemund ha creato questa tecnica nel 2006 e il gruppo di ricerca della TUM l'ha successivamente migliorata. Il DNA comprende numerosi singoli filamenti lunghi che fungono da base per altri filamenti di DNA a cui attaccarsi come controparti. Le sequenze di DNA vengono scelte, in modo che i filamenti uniti e le regioni piegate diano le strutture desiderate.
Hendrik Dietz, Professore di Nanotecnologia Biomolecolare presso TUM, disse, “Stiamo portando avanti questo metodo di fabbricazione da molti anni e ora possiamo sviluppare oggetti particolari e complessi, come interruttori molecolari o corpi cavi che possono intrappolare i virus. Se metti in soluzione i filamenti di DNA con le giuste sequenze, gli oggetti si autoassemblano”.
Il nuovo nanomotore in DNA il materiale è costituito da tre componenti: base, piattaforma e braccio del rotore. La base è alta circa 40 nanometri ed è fissata ad una lastra di vetro in soluzione tramite legami chimici su una lastra di vetro. Sulla base è montato un braccio del rotore lungo fino a 500 nanometri in modo che possa ruotare. Un altro componente cruciale affinché il motore funzioni come previsto è una piattaforma tra la base e il braccio del rotore. Questa piattaforma contiene ostacoli che influenzano il movimento del braccio del rotore. Il braccio del rotore deve piegarsi leggermente verso l'alto per superare gli ostacoli e ruotare, in modo simile a un cricchetto.
I bracci del rotore del motore si muovono in modo casuale in una direzione o nell'altra senza alimentazione di energia. Succede a causa di collisioni casuali con le molecole del solvente circostante. Quando la tensione alternata viene applicata attraverso due elettrodi, i bracci del rotore ruotano in modo mirato e continuo in una direzione.
Ramin Golestanian, che ha condotto l'analisi teorica del meccanismo del motore, ha affermato: “Il nuovo motore ha capacità meccaniche senza precedenti: può raggiungere coppie nell’ordine di 10 piconewton volte nanometri. E può generare più energia al secondo rispetto a quando due molecole di ATP vengono divise”.
Il movimento mirato dei motori risulta dalla sovrapposizione delle forze elettriche con le forze a cui è sottoposto il braccio del rotore a causa delle barriere a cricchetto. Attraverso il processo sottostante si realizza un presunto “cricchetto browniano lampeggiante”. IL campo elettricoLa direzione di , così come la frequenza e l'ampiezza della tensione CA, hanno permesso agli scienziati di controllare la velocità e la direzione della rotazione.
Dietz disse, “Il nuovo motore potrebbe avere anche applicazioni tecniche in futuro. Se sviluppiamo ulteriormente il motore, potremmo usarlo in futuro per guidare reazioni chimiche definite dall’utente, ispirate al modo in cui l’ATP sintasi produce ATP guidato dalla rotazione. Quindi, ad esempio, le superfici potrebbero essere densamente rivestite con tali motori. Quindi aggiungeresti i materiali di partenza, applicheresti una piccola tensione CA e i motori produrrebbero il composto chimico desiderato.
Riferimento della Gazzetta:
- 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 & Hendrik Dietz. Un motore a cricchetto rotativo per origami DNA. Natura (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04910-y
