DNA byggesæt til nanomotorer

Kemikere har længe puslet med rotaxaner. Navnet, stammer fra det græske, i bund og grund betyder "hjulaksel" - og ikke uden grund.

For et rotaxanmolekyle består i det væsentlige af en aksel og en ring, eller bøjle, trådt over det. For at forhindre bøjlen i at glide af akslen, voluminøse "propper" er placeret i hver ende. Disse, på tur, består af sammenflettede ringe. Hele konstruktionen ligner en håndvægt med en bøjle rundt om håndtaget (se diagram).

Alle tidligere DNA-rotaxaner er produkter af organisk kemi. De er også meget mindre i størrelse og udviser derfor kortere marginer for mekanisk bevægelse på nanoskala. I øvrigt, det nye DNA-alternativ kan nemt udstyres med yderligere funktioner, så sofistikerede mekaniske systemer hurtigt kan udvikles.

For at bygge de nye rotaxaner, forskerholdet omkring Dr. Damian Ackermann og Prof. Michael Famulok fra Life &Medical Sciences (LIMES) Institute ved Bonn Universitet gjorde brug af et materiale, der normalt er kendt for at udgøre selve livets byggesten:DNA. Men forskerne er ikke primært interesserede i DNA's funktion som genetisk bærer. Hellere, deres fokus af interesse ligger i at bruge principperne for baseparring af DNA-dobbeltstrenge til at konstruere sofistikerede arkitekturer på nanoskala. Dobbeltspiralen danner et meget stabilt stillads. I øvrigt, en del af en streng kan fjernes ved enhver valgt position for at tjene som forbindelsespunkt for andre komponenter i en nanomaskine. "De individuelle strenges specificitet gør DNA yderst velegnet. Det giver os en hel del muligheder, " forklarer Damian Ackermann. "DNA er som en legoklods, Det er det ideelle materiale til nano-arkitektur, " tilføjer professor Famulok.

De Bonn-baserede biokemikere har skabt en helt ny slags rotaxan. Det danner en stabil mekanisk enhed, med en frit bevægelig indre bøjle. Der kan gøres meget med dette hjul. "Vi forestiller os en del ting, " siger professor Famulok. "Vores første mål er at konstruere systemer, hvor bevægelse kan styres på nano-niveau. Aksel og hjul er nu tilgængelige, og vi har nogle ideer til, hvordan man får hjulene til at dreje." Disse nanomotorer kan så også kombineres med andre biologiske systemer, såsom proteiner.

Forskerne indser nu, at med deres DNA-rotaxaner, de har lagt grunden til at udvikle alle mulige forskellige nano-mekaniske systemer baseret på mekanisk sammenkoblet dobbeltstrenget DNA. Det er stadig åbent, hvad der endelig vil komme ud af disse bestræbelser, men det vigtige gennembrud er sket. "Det, der betyder noget, er, at vi nu har et sæt nye komponenter, som vi kan bygge ting med, som tidligere var umulige, " siger Ackermann:"Grænserne for vores fantasi har, i en vis forstand, blevet skubbet lidt længere."