Lần đầu tiên, các nhà khoa học chế tạo thành công động cơ điện phân tử bằng phương pháp gấp giấy DNA. Động cơ bao gồm vật chất di truyền tự lắp ráp và chuyển đổi năng lượng điện thành động năng.
Paul Rothemund đã tạo ra kỹ thuật này vào năm 2006, và nhóm nghiên cứu tại TUM sau đó đã cải tiến nó. DNA bao gồm một số sợi đơn dài đóng vai trò là cơ sở cho các sợi DNA khác gắn vào làm bản sao. Các trình tự DNA được chọn, do đó các sợi nối và các vùng gấp lại dẫn đến các cấu trúc mong muốn.
Hendrik Dietz, Giáo sư Công nghệ Nano phân tử sinh học tại TUM, nói, “Chúng tôi đã cải tiến phương pháp chế tạo này trong nhiều năm và hiện có thể phát triển các vật thể đặc biệt và phức tạp, chẳng hạn như công tắc phân tử hoặc cơ thể rỗng có thể bẫy vi rút. Nếu bạn đặt các sợi DNA có trình tự phù hợp vào dung dịch, các vật thể sẽ tự lắp ráp ”.
Động cơ nano mới được làm bằng DNA Vật liệu bao gồm ba thành phần: đế, bệ và cánh quạt. Phần đế cao khoảng 40 nanomet và được cố định vào một tấm thủy tinh trong dung dịch thông qua các liên kết hóa học trên tấm thủy tinh. Một cánh quạt có chiều dài lên đến 500 nanomet được gắn trên đế để nó có thể quay. Một thành phần quan trọng khác để động cơ hoạt động như dự định là một bệ giữa đế và cánh quạt. Nền tảng này chứa các chướng ngại vật ảnh hưởng đến chuyển động của cánh tay rôto. Cánh tay rôto phải cong lên một chút để vượt qua chướng ngại vật và xoay, tương tự như bánh cóc.
Các cánh quạt của động cơ chuyển động ngẫu nhiên theo hướng này hay hướng khác mà không cần cung cấp năng lượng. Nó xảy ra do va chạm ngẫu nhiên với các phân tử từ dung môi xung quanh. Khi đặt điện áp xoay chiều qua hai điện cực, các cánh tay quay của rôto quay theo hướng có mục tiêu và liên tục theo một chiều.
Ramin Golestanian, người đứng đầu phân tích lý thuyết về cơ chế của động cơ, cho biết, “Động cơ mới có khả năng cơ học chưa từng có: Nó có thể đạt được mômen xoắn trong khoảng 10 piconewton lần nanomet. Và nó có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mỗi giây so với khi hai phân tử ATP bị phân tách ”.
Chuyển động có mục tiêu của động cơ là kết quả của sự chồng chất của lực điện với lực mà cánh tay quay phải chịu do các thanh chắn bánh cóc. Một "bánh cóc Brown nhấp nháy" được cho là được thực hiện thông qua quy trình cơ bản. Các điện trườngHướng, cũng như tần số và biên độ của điện áp xoay chiều, cho phép các nhà khoa học kiểm soát tốc độ và hướng của vòng quay.
Ăn kiêng nói, “Động cơ mới cũng có thể có các ứng dụng kỹ thuật trong tương lai. Nếu chúng tôi phát triển động cơ hơn nữa, chúng tôi có thể sử dụng nó trong tương lai để thúc đẩy các phản ứng hóa học do người dùng xác định, lấy cảm hứng từ cách ATP synthase tạo ra ATP bằng cách quay. Sau đó, chẳng hạn, các bề mặt có thể được phủ dày đặc bằng các động cơ như vậy. Sau đó, bạn sẽ thêm nguyên liệu ban đầu, áp dụng một ít điện áp xoay chiều, và các động cơ tạo ra hợp chất hóa học mong muốn. "
Tạp chí tham khảo:
- 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. Một động cơ bánh cóc quay DNA origami. Thiên nhiên (Năm 2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04910-y
