Lille nanomachine gennemfører testkørsel med succes

Sammen med kolleger fra USA, forskere fra universitetet i Bonn og forskningsinstituttet Caesar i Bonn har brugt nanostrukturer til at konstruere en lille maskine, der udgør en roterende motor og kan bevæge sig i en bestemt retning. Forskerne brugte cirkulære strukturer fra DNA. Resultaterne vil nu blive præsenteret i journalen Naturnanoteknologi .

Nanomaskiner omfatter strukturer af komplekse proteiner og nukleinsyrer, der drives af kemisk energi og kan udføre rettede bevægelser. Princippet kendes fra naturen:Bakterier, for eksempel, drive sig frem ved hjælp af et flagellum. Teamet ved universitetet i Bonn, forskningsinstituttet Caesar i Bonn og University of Michigan (USA) brugte strukturer lavet af DNA -nanoringer. De to ringe er forbundet som en kæde. "En ring opfylder funktionen af ​​et hjul, den anden driver den som en motor ved hjælp af kemisk energi, "forklarer prof. dr. Michael Famulok fra Life &Medical Sciences (LIMES) Institute of the University of Bonn.

Det lille køretøj måler kun omkring 30 nanometer (milliontedele af en millimeter). "Brændstoffet" tilvejebringes af proteinet T7 RNA -polymerase. Koblet til ringen, der fungerer som motor, dette enzym syntetiserer en RNA -streng baseret på DNA -sekvensen og bruger den kemiske energi, der frigives under denne proces, til rotation af DNA -ringen. "Når rotationen skrider frem, RNA -strengen vokser som en tråd fra RNA -polymerasen, "rapporterer hovedforfatter Dr. Julián Valero fra Famuloks team. Forskerne bruger denne stadigt voksende RNA-tråd, som i bund og grund stikker ud af motoren som affaldsprodukt, at holde det lille køretøj på sin kurs ved at bruge markeringer på et DNA-nanorørspor.

Vedhæftet denne tråd, encykelmaskinen dækkede omkring 240 nanometer på sit testkørsel. "Det var første gang, "siger Famulok." Banen kan forlænges efter ønske. "I det næste trin sigter forskerne ikke kun på at udvide rutens længde, men også planlægge mere komplekse udfordringer på testbanen. Ved indbyggede kryds, nanomaskinen skal bestemme hvilken vej man skal gå. "Vi kan bruge vores metoder til at forudbestemme, hvilken drejning maskinen skal tage, ”siger Valero med udsigt til fremtiden.

Selvfølgelig, forskerne kan ikke se det lille køretøj på arbejde med det blotte øje. Ved at bruge et atomkraftmikroskop, der scannede nanomaskinens overfladestruktur, forskerne var i stand til at visualisere de sammenlåste DNA -ringe. Ud over, holdet brugte fluorescerende markører for at vise, at maskinens "hjul" faktisk drejede. Fluorescerende "waymarkers" langs nanorørstien lyste op, så snart nano-encyklen passerede dem. Baseret herpå, bilens hastighed kunne også beregnes:En omdrejning af hjulet tog cirka ti minutter. Det er ikke særlig hurtigt, men ikke desto mindre et stort skridt for forskerne. "At flytte nanomaskinen i den ønskede retning er ikke trivielt, "siger Famulok.

Konstruktionen af ​​maskinen er baseret på princippet om selvorganisering. Som i levende celler, de ønskede strukturer opstår spontant, når de tilsvarende komponenter stilles til rådighed. "Det fungerer som et imaginært puslespil, "forklarer Famulok. Hvert puslespil er designet til at interagere med meget specifikke partnere. Hvis du samler disse dele i et enkelt fartøj, hver partikel finder sin partner, og den ønskede struktur samles automatisk.

Nu, forskere verden over har udviklet adskillige nanomaskiner og nano -motorer. Men metoden udviklet af Famuloks team er et helt nyt princip. "Dette er et stort skridt. Det er ikke let at pålideligt designe og realisere sådan noget på en nanometer skala, "siger forskeren. Hans team ønsker snart at udvikle endnu mere komplekse nano -motorsystemer." Dette er grundforskning. Det er ikke muligt at se præcis, hvor det vil føre. "

Mulige anvendelser omfatter molekylære computere, der udfører logiske operationer baseret på molekylære bevægelser. Derudover bittesmå maskiner kunne transportere medicin gennem blodbanen præcist, hvor de er nødvendige. "Men det er stadig visioner for fremtiden, "siger Famulok.