Om een ​​machine zijn werk te laten doen, het heeft onderdelen nodig die ten opzichte van elkaar bewegen. Dit geldt ook voor machines op nanoschaal. Duitse wetenschappers hebben nu DNA-moleculen gebruikt om een ​​component op nanoschaal te maken die het mogelijk maakt dat twee afzonderlijke delen ten opzichte van elkaar bewegen. Zoals gerapporteerd in het journaal Angewandte Chemie , dit onderdeel zou kunnen worden gebruikt als een moleculaire geleidingslager en kan de basis vormen voor complexere systemen.

DNA is een uitstekend materiaal voor nanoschaal:het vormt een zeer stabiel raamwerk en extra componenten kunnen op elke gewenste locatie worden bevestigd door één streng te verwijderen voor gebruik als bevestigingsplaats. Ook het toevoegen van functionele groepen is geen probleem. Het is dus mogelijk om complexe systemen te bouwen van DNA-moleculen.

Het team onder leiding van Michael Famulok van de Universiteit van Bonn heeft ervoor gekozen om hun beweegbare componenten als rotaxanen te bouwen. Dit is een klasse van moleculen waarin een of meer moleculaire ringen op een as zijn "geregen". Ze kunnen vrij langs en rond de as bewegen en worden verhinderd door "stoppers". Als de DNA-ringen zelf aan het uiteinde van een as zijn gebonden, de ringen kunnen op een tweede as worden geschroefd en vice versa. In dit geval, de stoppers bestaan ​​uit twee in elkaar verstrengelde DNA-ringen met een bolvorm. Na het bevestigen van stoppers aan de vrije uiteinden van de assen, de onderzoekers verkregen twee met elkaar verweven, haltervormige structuren die vrij langs de assen kunnen bewegen. Hierdoor kunnen de twee dumbbells lineair langs de assen naar elkaar worden geduwd. Daisy chains worden op een vergelijkbare manier gevormd, daarom worden deze speciale rotaxanen ook wel daisy chain rotaxanen genoemd.

Hoe rijgen de onderzoekers de twee DNA-moleculen aan elkaar? Om dit te behalen, Famulok en zijn collega's wendden zich tot specifieke basenparen. Zowel in het midden van de assen als op één plek aan de rand van de ring, ze lieten een "gat" van enkelstrengs DNA achter. De sequenties van deze enkele strengen zijn complementair aan elkaar. Wanneer de enkelstrengige gebieden van de ring en de as met elkaar in contact komen, ze binden aan elkaar, het "lijmen" van de ringen en assen van twee moleculen aan elkaar. Indien kort, enkele strengen DNA die complementair zijn aan deze regio's worden dan toegevoegd, dit "knelpunt" tussen as en ring komt los, waardoor de ring langs de as kan schuiven.

Dit resulteert in een bewegende structuur die kan fungeren als een moleculair glijlager of transmissie voor nanomachines. Er zouden meer nanoscopische machinecomponenten moeten volgen. De onderzoekers kunnen zich een hele reeks nieuwe componenten voorstellen op basis van mechanisch gebonden dubbelstrengs DNA.