(Phys.org) —Onderzoekers hebben een nieuw type moleculaire motor gemaakt van DNA gemaakt en het potentieel ervan aangetoond door het te gebruiken om een ​​nanodeeltje over de lengte van een koolstofnanobuisje te transporteren.

Het ontwerp is geïnspireerd op natuurlijke biologische motoren die zijn geëvolueerd om specifieke taken uit te voeren die essentieel zijn voor de functie van cellen, zei Jong Hyun Choi, een universitair docent werktuigbouwkunde aan de Purdue University.

Terwijl biologische motoren gemaakt zijn van eiwitten, onderzoekers proberen synthetische motoren te maken op basis van DNA, de genetische materialen in cellen die bestaan ​​uit een opeenvolging van vier chemische basen:adenine, guanine, cytosine en thymine. Het loopmechanisme van de synthetische motoren is veel langzamer dan de mobiliteit van natuurlijke motoren. Echter, de natuurlijke motoren kunnen niet worden gecontroleerd, en ze functioneren niet buiten hun natuurlijke omgeving, overwegende dat op DNA gebaseerde motoren stabieler zijn en kunnen worden in- en uitgeschakeld, zei Choi.

"We bevinden ons in de zeer vroege stadia van de ontwikkeling van dit soort synthetische moleculaire motoren, " hij zei.

Nieuwe bevindingen werden gedetailleerd beschreven in een onderzoekspaper die deze maand in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuur Nanotechnologie .

In de komende decennia zal dergelijke moleculaire motoren kunnen worden gebruikt bij het toedienen van medicijnen, fabricage en chemische verwerking.

De nieuwe motor heeft een kern en twee armen gemaakt van DNA, één boven en één onder de kern. Terwijl het langs een koolstof-nanobuis-spoor beweegt, oogst het continu energie uit strengen RNA, moleculen die van vitaal belang zijn voor een verscheidenheid aan rollen in levende cellen en virussen.

De Natuur Nanotechnologie paper is geschreven door afgestudeerde studenten Tae-Gon Cha, Jing Pan en Haorong Chen; voormalig student Janette Salgado; afgestudeerde student Xiang Li; Chengde Mao, een professor in de chemie; en Choi.

"Onze motoren halen chemische energie uit RNA-moleculen die op de nanobuisjes zijn gedecoreerd en gebruiken die energie om autonoom wandelen langs het koolstofnanobuisspoor te voeden, ' zei Choi.

De kern is gemaakt van een enzym dat een deel van een RNA-streng afsplitst. Na de splitsing, de bovenste DNA-arm beweegt naar voren, binding met de volgende streng van RNA, en dan volgt de rest van het DNA. Het proces herhaalt zich totdat het einde van het nanobuisje is bereikt.

Onderzoekers gebruikten de motor om nanodeeltjes van cadmiumdisulfide langs de lengte van een nanobuis te verplaatsen. Het nanodeeltje heeft een diameter van ongeveer 4 nanometer.

De onderzoekers combineerden twee fluorescerende beeldvormingssystemen om de beweging van de motor te documenteren, één in het zichtbare spectrum en de andere in het nabij-infraroodbereik. Het nanodeeltje is fluorescerend in zichtbaar licht en de nanobuisjes zijn fluorescerend in het nabij-infrarood.

De motor deed er ongeveer 20 uur over om het einde van de nanobuis te bereiken, die enkele microns lang was, maar het proces kan worden versneld door temperatuur en pH te veranderen, een maat voor de zuurgraad.