DNA-motor går langs nanorør, transporterer små partikler

(Phys.org) – Forskere har skabt en ny type molekylær motor lavet af DNA og demonstreret dens potentiale ved at bruge den til at transportere en nanopartikel langs længden af ​​et kulstofnanorør.

Designet var inspireret af naturlige biologiske motorer, der har udviklet sig til at udføre specifikke opgaver, der er kritiske for cellernes funktion, sagde Jong Hyun Choi, en Purdue University assisterende professor i maskinteknik.

Mens biologiske motorer er lavet af protein, forskere forsøger at skabe syntetiske motorer baseret på DNA, de genetiske materialer i celler, der består af en sekvens af fire kemiske baser:adenin, guanin, cytosin og thymin. De syntetiske motorers gangmekanisme er langt langsommere end naturlige motorers mobilitet. Imidlertid, de naturlige motorer kan ikke kontrolleres, og de fungerer ikke uden for deres naturlige miljø, der henviser til, at DNA-baserede motorer er mere stabile og kan tændes og slukkes, sagde Choi.

"Vi er i de meget tidlige stadier af udviklingen af ​​denne slags syntetiske molekylære motorer, " han sagde.

Nye resultater blev beskrevet i et forskningspapir offentliggjort i denne måned i tidsskriftet Natur nanoteknologi .

I de kommende årtier, sådanne molekylære motorer kan finde anvendelse i medicinafgivelse, fremstilling og kemisk forarbejdning.

Den nye motor har en kerne og to arme lavet af DNA, en over og en under kernen. Når det bevæger sig langs et kulstof-nanorør-spor, høster det kontinuerligt energi fra RNA-strenge, molekyler, der er afgørende for en række forskellige roller i levende celler og vira.

Det Natur nanoteknologi papiret blev forfattet af kandidatstuderende Tae-Gon Cha, Jing Pan og Haorong Chen; tidligere bachelorstuderende Janette Salgado; kandidatstuderende Xiang Li; Chengde Mao, en professor i kemi; og Choi.

"Vores motorer udvinder kemisk energi fra RNA-molekyler, der er dekoreret på nanorørene og bruger den energi til at brænde autonom gang langs kulstofnanorørsporet, " sagde Choi.

Kernen er lavet af et enzym, der spalter en del af en RNA-streng. Efter spaltning, den øvre DNA-arm bevæger sig fremad, binding med den næste streng af RNA, og så følger resten af ​​DNA'et. Processen gentages indtil slutningen af ​​nanorørsporet.

Forskere brugte motoren til at flytte nanopartikler af cadmiumdisulfid langs længden af ​​et nanorør. Nanopartiklerne er omkring 4 nanometer i diameter.

Forskerne kombinerede to fluorescerende billeddannelsessystemer for at dokumentere motorens bevægelse, den ene i det synlige spektrum og den anden i det nær-infrarøde område. Nanopartiklerne er fluorescerende i synligt lys, og nanorørene er fluorescerende i det nær-infrarøde.

Motoren tog omkring 20 timer at nå enden af ​​nanorøret, som var flere mikrometer lang, men processen kan fremskyndes ved at ændre temperatur og pH, et mål for surhedsgrad.