לראשונה, מדענים יצרו בהצלחה מנוע חשמלי מולקולרי בשיטת אוריגמי DNA. המנוע מורכב מחומר גנטי שמרכיב את עצמו וממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה קינטית.
פול רות'מונד יצר את הטכניקה הזו ב-2006, וקבוצת המחקר ב-TUM שיפרה אותה מאוחר יותר. DNA מורכב מכמה גדילים בודדים ארוכים המשמשים כבסיס לגדילי DNA אחרים להיצמד אליהם כמקבילים. רצפי ה-DNA נבחרים, כך שהגדילים המחוברים והאזורים המקופלים מביאים למבנים הרצויים.
הנדריק דיץ, פרופסור לננוטכנולוגיה ביו-מולקולרית ב TUM, אמר, "אנחנו מתקדמים בשיטת הייצור הזו במשך שנים רבות וכעת אנחנו יכולים לפתח אובייקטים מסוימים ומורכבים, כמו מתגים מולקולריים או גופים חלולים שיכולים ללכוד וירוסים. אם אתה מכניס את גדילי ה-DNA עם הרצפים הנכונים לפתרון, האובייקטים מרכיבים את עצמם."
הננו מנוע החדש עשוי ה-DNA החומר מורכב משלושה מרכיבים: בסיס, פלטפורמה וזרוע הרוטור. גובה הבסיס הוא כ-40 ננומטר והוא מקובע לצלחת זכוכית בתמיסה באמצעות קשרים כימיים על לוח זכוכית. זרוע רוטור באורך של עד 500 ננומטר מותקנת על הבסיס כך שהיא יכולה להסתובב. מרכיב חיוני נוסף כדי שהמנוע יעבוד כמתוכנן הוא פלטפורמה בין הבסיס לזרוע הרוטור. פלטפורמה זו מכילה מכשולים המשפיעים על תנועת זרוע הרוטור. זרוע הרוטור חייבת להתכופף מעט כלפי מעלה כדי לעבור את המכשולים ולהסתובב, בדומה למחגר.
זרועות הרוטור של המנוע נעות באופן אקראי בכיוון זה או אחר ללא אספקת אנרגיה. זה קורה עקב התנגשויות אקראיות עם מולקולות מהממס שמסביב. כאשר מתח AC מופעל דרך שתי אלקטרודות, זרועות הרוטור מסתובבות באופן ממוקד ורציף בכיוון אחד.
רמין גולסטניאן, שהוביל את הניתוח התיאורטי של מנגנון המנוע, אמר: "למנוע החדש יש יכולות מכניות חסרות תקדים: הוא יכול להשיג מומנטים בטווח של 10 פיקוניוטון כפול ננומטר. והוא יכול לייצר יותר אנרגיה בשנייה מאשר כאשר שתי מולקולות ATP מפוצלות."
התנועה הממוקדת של המנועים נובעת מהסופרפוזיציה של הכוחות החשמליים עם הכוחות שזרוע הרוטור נתונה להם בגלל מחסומי הראצ'ט. לכאורה "מחגר בראוניאני מהבהב" מתממש באמצעות התהליך הבסיסי. ה שדה חשמליהכיוון של, כמו גם התדירות והמשרעת של מתח ה-AC, אפשרו למדענים לשלוט במהירות ובכיוון הסיבוב.
דיאץ אמר, "למנוע החדש יכולים להיות גם יישומים טכניים בעתיד. אם נפתח את המנוע הלאה, נוכל להשתמש בו בעתיד כדי להניע תגובות כימיות המוגדרות על ידי המשתמש, בהשראת האופן שבו סינתאז ATP גורם ל-ATP מונע על ידי סיבוב. אז, למשל, משטחים יכולים להיות מצופים בצפיפות עם מנועים כאלה. אז היית מוסיף חומרי מוצא, מפעיל מעט מתח AC, והמנועים מייצרים את התרכובת הכימית הרצויה".
עיון ביומן:
- אנה-קתרינה פום, ווטר אנגלן, אנצו קופרגר, יונאס איסנסי, מתיאס פוגט, ויקטוריה קוזינה, מאסימו קובה, מקסימיליאן נ. הונמן, אווה ברטוסין, מרטין לנגקר, רמין גולסטניאן, פרידריך סי. סימל והנדריק דיץ. מנוע ראצ'ט סיבובי אוריגמי DNA. טבע (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04910-y
