In laboratoria van de Universiteit van Manchester vindt een industriële revolutie op kleine schaal plaats met de ontwikkeling van een zeer complexe machine die nabootst hoe moleculen in de natuur worden gemaakt.

De kunstmatige moleculaire machine ontwikkeld door professor David Leigh FRS en zijn team in de School of Chemistry is de meest geavanceerde moleculaire machine in zijn soort ter wereld. De ontwikkeling ervan is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Professor Leigh legt uit:"De ontwikkeling van deze machine die moleculen gebruikt om moleculen te maken in een synthetisch proces, is vergelijkbaar met de robotische assemblagelijn in autofabrieken. Dergelijke machines zouden er uiteindelijk toe kunnen leiden dat het proces van het maken van moleculen veel efficiënter en kosteneffectiever wordt. Dit zal alle soorten productiegebieden ten goede komen, aangezien veel door de mens gemaakte producten op moleculair niveau beginnen. we zijn momenteel onze machine aan het aanpassen om medicijnen zoals penicilline te maken."

De machine is slechts enkele nanometers lang (enkele miljoensten van een millimeter) en alleen met speciale instrumenten te zien. De creatie is geïnspireerd op natuurlijke complexe moleculaire fabrieken waar informatie uit DNA wordt gebruikt om de koppeling van moleculaire bouwstenen in de juiste volgorde te programmeren. De meest bijzondere van deze fabrieken is het ribosoom, een enorme moleculaire machine die in alle levende cellen wordt aangetroffen.

De machine van professor Leigh is gebaseerd op het ribosoom. Het heeft een gefunctionaliseerde ring ter grootte van een nanometer die langs een moleculair spoor beweegt, het oppakken van bouwstenen die zich op het pad bevinden en deze in een specifieke volgorde met elkaar verbinden om het gewenste nieuwe molecuul te synthetiseren.

Eerst wordt de ring op een moleculaire streng geschroefd met behulp van koperionen om het assemblageproces te sturen. Vervolgens wordt een "reactieve arm" aan de rest van de machine bevestigd en begint deze te werken. De ring beweegt op en neer langs de streng totdat zijn pad wordt geblokkeerd door een omvangrijke groep. De reactieve arm maakt vervolgens de obstructie los van de baan en geeft deze door aan een andere plek op de machine, het regenereren van de actieve plaats op de arm. De ring is dan vrij om verder langs de streng te bewegen totdat zijn pad wordt belemmerd door de volgende bouwsteen. Dit, beurtelings, wordt verwijderd en doorgegeven aan de verlengingsplaats op de ring, waardoor een nieuwe moleculaire structuur op de ring wordt opgebouwd. Zodra alle bouwstenen van de baan zijn verwijderd, de ring ontdoet zich van draad en de synthese is voorbij.

Professor Leigh zegt dat het huidige prototype nog lang niet zo efficiënt is als het ribosoom:"Het ribosoom kan 20 bouwstenen per seconde samenstellen totdat er 150 zijn gekoppeld. Tot nu toe hebben we onze machine alleen gebruikt om 4 blokken aan elkaar te koppelen en het Het duurt 12 uur om elk blok te verbinden. Maar je kunt het assemblageproces enorm parallel lopen:we gebruiken al een miljoen miljoen miljoen (1018) van deze machines die parallel in het laboratorium werken om moleculen te bouwen."

Professor Leigh vervolgt:"De volgende stap is om de machine te gaan gebruiken om geavanceerde moleculen te maken met meer bouwstenen. Het potentieel is dat het moleculen kan maken die nog nooit eerder zijn gezien. Ze zijn niet in de natuur gemaakt en kunnen niet synthetisch worden gemaakt vanwege de processen die momenteel worden gebruikt. Dit is een zeer opwindende mogelijkheid voor de toekomst."