Fysikere skaber selvstyrende molekylære motorer, der går på spor

Molekylær godstransport er en løbende og vital virksomhed i hver celle i den menneskelige krop. Imidlertid, Naturen bruger ikke hjulkøretøjer til at udføre denne opgave. I stedet, Naturen transporterer intracellulære laster ved hjælp af bipedale molekylære motorer, der går langs et net af molekylære filamenter kaldet cytoskeletter. Ved at efterligne naturen, udvikling af kunstige sporgående molekylære motorer (nanowalkers), kan potentielt åbne op for en bred vifte af applikationer i nanoskala.

Prof WANG Zhisong og hans forskerhold fra Institut for Fysik, NUS har udviklet to sæt konceptuelt nye mekanismer, der gør det muligt for kunstige nanowalkere at bevæge sig i en selvstyret retning ved hjælp af deres interne mekanik. I øjeblikket, de fleste kunstige nanowalkere skal beskadige den gennemkørte del af banen, når de fortsætter i en given retning. Dette sker ofte gennem en kemisk reaktion katalyseret eller initieret af den kunstige nanowalker for at fjerne en molekylær del af det gennemkørte spor, som er lavet af DNA. Denne "brobrændende" strategi blokerer baglæns bevægelse af en kunstig nanowalker, så den bliver ved med at bevæge sig fremad som en domino-kaskade, gør den gennemkørte del af sporet ubrugelig. De mekanismer, som teamet har udviklet, muliggør konstruktion af forskellige typer nanowalkers, der kan indstilles i forhold til deres bevægelsesretning, ganggang og præstation.

De molekylære motorer udviklet af forskerholdet er biomimetiske tobenede, lavet af konstruerede DNA-molekyler. Disse molekylære motorer kan drives enten af ​​kemiske brændstoffer (hvor motoren katalyserer en kemisk reaktion, der involverer brændstofmolekylet og bruger den frigivne energi) eller gennem lysbelysning. De producerer translationel bevægelse, hvis sporet, som dannes via DNA-samling, er lineær og roterende bevægelse, hvis sporet danner en cirkel. Disse "ikke-brobrændende" molekylære motorer kan således fungere som en transportør eller en rotor på molekylært niveau, afhængigt af sporkonfigurationen. I modsætning, en "brobrændende" molekylær motor på et cirkulært spor falder tilfældigt i frem- eller bagudrotation og er ude af stand til gentagen drift.

Prof Wang sagde, "Disse nye molekylære motorer kan åbne op for nye applikationer på nanoskala ud over dem, der kan opnås med avancerede "brobrændende" motorer. Med optisk eller kemisk drevne DNA-motorer, vi kan potentielt realisere biomaterialer, der kan tilpasse deres form efter deres miljø (som en blæksprutte). Disse biomaterialer kan fremstilles af elastiske fibre, der indlejrer molekylære motorer, udviser fin bevægelseskontrol, der ligner vores muskler."