Schemat budowy nanomotoru DNA /Fot. TUM

Powstał pierwszy elektryczny nanomotor z DNA. Człowiek znowu podgląda przyrodę

Naukowcy stworzyli pierwszy elektryczny nanomotor wykonany z DNA. To może być początek zupełnie nowej ery materiałów.

Silniki pomagają nam w codziennym życiu i ułatwiają wykonywanie wielu zadań. Występują także w naszych ciałach. Dobrym przykładem jest białko znane jako syntaza ATP, która odpowiada za produkcję cząsteczki ATP, wykorzystywanej do krótkotrwałego przechowywania i przekazywania energii. Do tej pory trudno było odtworzyć silniki o właściwościach mechanicznych zbliżonych do naturalnych silników molekularnych (jak syntaza ATP). Wkrótce może się to zmienić.

Zespół uczonych z Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM) stworzył pierwszy molekularny silnik elektryczny wykonany z DNA. Maleńka maszyna samoczynnie się składa i przekształca energię elektryczną w energię kinetyczną. Nanomotor można włączać i wyłączać, kontrolując prędkość i kierunek obrotów. Szczegóły można przeczytać w Nature.

Czytaj też: Metan zamieniony w metanol. Święty Graal katalizy odnaleziony

Przełomowy nanomotor

Nowy silnik molekularny jest zbudowany z DNA. Do jego stworzenia naukowcy wykorzystali metodę znaną jako origami DNA, wynalezioną przez Paula Rothemunda w 2006 r., a następnie rozwijaną w TUM. Polega ona na wykorzystaniu kilku pojedynczych nici DNA jako matrycy, do której są dołączane nici dodatkowe. Sekwencje dopiera się w taki sposób, aby struktury były komplementarne.

Czynimy postępy w tej metodzie od wielu lat i możemy teraz opracować bardzo precyzyjne i złożone obiekty, takie jak przełączniki molekularne lub puste ciała, które mogą uwięzić wirusy. Jeśli umieścisz nici DNA o odpowiednich sekwencjach w roztworze, obiekty same się składają.Prof. Hendrik Dietz z TUM

Nanomotor jest zbudowany z trzech elementów: podstawy, platformy i ramienia wirnika. Podstawa ma wysokość ok. 40 nm i jest przymocowana do szklanej płytki w roztworze poprzez wiązania chemiczne. Jest do niej przymocowane ramię wirnika o długości 500 nm, które może się obracać. Ostatnim elementem jest platforma, która wpływa na ruch ramienia wirnika.

Czytaj też: Przełomowy silnik elektryczny Mahle. Bez magnesów i ryzyka przegrzania

Bez dostarczenia energii ramiona silników poruszają się losowo w jednym lub drugim kierunku, napędzane przypadkowymi kolizjami z cząsteczkami z otaczającego rozpuszczalnika. Gdy do układu przyłoży się dwie elektrody, ramiona obracają się w sposób ukierunkowany i ciągły w jednym kierunku.

Nowy silnik ma niespotykane dotąd możliwości mechaniczne: Może osiągnąć momenty obrotowe w zakresie 10 pikonewtonów razy nanometr. I może generować więcej energii na sekundę niż to, co uwalnia się podczas rozszczepiania dwóch cząsteczek ATP.Ramin Golestanian z TUM

Naukowcy mogą kontrolować prędkość i kierunek obrotu wirnika poprzez kierunek pola elektrycznego, a także częstotliwość i amplitudę przyłożonego napięcia.

Nowy silnik może mieć również zastosowania techniczne w przyszłości. Jeśli dalej rozwiniemy silnik, moglibyśmy ewentualnie wykorzystać go w przyszłości do napędzania zdefiniowanych przez użytkownika reakcji chemicznych, inspirując się tym, jak syntaza ATP wytwarza ATP napędzane przez rotację. Wtedy powierzchnie mogłyby być gęsto pokryte takimi silnikami. Następnie dodawałoby się materiały wyjściowe, przykładało niewielkie napięcie AC i silniki wytwarzałyby pożądany związek chemiczny.Prof. Hendrik Dietz z TUM