Kunstig molekylær maskine kunne holde nøglen til mere effektiv fremstilling (med video)

En industriel revolution i lille skala finder sted i laboratorier på University of Manchester med udviklingen af ​​en yderst kompleks maskine, der efterligner, hvordan molekyler bliver til i naturen.

Den kunstige molekylære maskine udviklet af professor David Leigh FRS og hans team i School of Chemistry er den mest avancerede molekylære maskine af sin type i verden. Dens udvikling er blevet offentliggjort i tidsskriftet Videnskab .

Professor Leigh forklarer:"Udviklingen af ​​denne maskine, som bruger molekyler til at fremstille molekyler i en syntetisk proces, ligner robot-samlebåndet i bilfabrikker. Sådanne maskiner kan i sidste ende føre til, at processen med at fremstille molekyler bliver meget mere effektiv og omkostningseffektiv. Dette vil gavne alle mulige fremstillingsområder, da mange menneskeskabte produkter begynder på et molekylært niveau. vi er i øjeblikket ved at modificere vores maskine til at lave lægemidler såsom penicillin."

Maskinen er blot et par nanometer lang (et par milliontedele af en millimeter) og kan kun ses ved hjælp af specielle instrumenter. Dens skabelse var inspireret af naturlige komplekse molekylære fabrikker, hvor information fra DNA bruges til at programmere sammenkædningen af ​​molekylære byggesten i den rigtige rækkefølge. Den mest ekstraordinære af disse fabrikker er ribosomet, en massiv molekylær maskine, der findes i alle levende celler.

Professor Leighs maskine er baseret på ribosomet. Den har en funktionaliseret ring på nanometerstørrelse, der bevæger sig langs et molekylært spor, opsamling af byggeklodser placeret på stien og forbinde dem sammen i en bestemt rækkefølge for at syntetisere det ønskede nye molekyle.

Først skrues ringen på en molekylær streng ved hjælp af kobberioner til at styre samlingsprocessen. Derefter sættes en "reaktiv arm" på resten af ​​maskinen, og den begynder at fungere. Ringen bevæger sig op og ned af strengen, indtil dens vej er blokeret af en omfangsrig gruppe. Den reaktive arm løsner derefter forhindringen fra sporet og sender den videre til et andet sted på maskinen, regenerering af det aktive sted på armen. Ringen er derefter fri til at bevæge sig længere langs strengen, indtil dens vej er blokeret af den næste byggeklods. Det her, på tur, fjernes og føres til forlængelsesstedet på ringen, dermed opbygge en ny molekylær struktur på ringen. Når alle byggeklodserne er fjernet fra banen, ringen aftråder, og syntesen er slut.

Professor Leigh siger, at den nuværende prototype stadig langt fra er lige så effektiv som ribosomet:"Ribosomet kan sammensætte 20 byggeklodser i sekundet, indtil op til 150 er forbundet. Indtil videre har vi kun brugt vores maskine til at forbinde 4 blokke og det tager 12 timer at forbinde hver blok. Men du kan massivt parallelt samle samlingsprocessen:Vi bruger allerede en million millioner millioner (1018) af disse maskiner, der arbejder parallelt i laboratoriet til at bygge molekyler."

Professor Leigh fortsætter:"Næste skridt er at begynde at bruge maskinen til at lave sofistikerede molekyler med flere byggesten. Potentialet er, at den kan lave molekyler, der aldrig er set før. De er ikke lavet i naturen og kan ikke fremstilles syntetisk på grund af de processer, der anvendes i øjeblikket. Dette er en meget spændende mulighed for fremtiden."