Moleculair vrachtvervoer is een voortdurende en vitale onderneming in elke cel van het menselijk lichaam. Echter, De natuur gebruikt geen wielvoertuigen om deze taak uit te voeren. In plaats daarvan, De natuur vervoert intracellulaire ladingen met behulp van tweevoetige moleculaire motoren die langs een netwerk van moleculaire filamenten lopen die cytoskeletten worden genoemd. Door de natuur na te bootsen, de ontwikkeling van kunstmatige spoorlopende moleculaire motoren (nanowalkers), kan potentieel een breed scala aan toepassingen op nanoschaal openen.

Prof WANG Zhisong en zijn onderzoeksteam van de afdeling Natuurkunde, NUS heeft twee sets conceptueel nieuwe mechanismen ontwikkeld waarmee kunstmatige nanowalkers in een zelfgeleide richting kunnen bewegen met behulp van hun interne mechanica. momenteel, de meeste kunstmatige nanowalkers moeten het doorkruiste deel van de baan beschadigen wanneer ze in een bepaalde richting gaan. Dit gebeurt vaak door een chemische reactie die wordt gekatalyseerd of geïnitieerd door de kunstmatige nanowalker om een ​​moleculair deel van het afgelegde spoor te verwijderen, die is gemaakt van DNA. Deze "brugbrandende" strategie blokkeert de achterwaartse beweging van een kunstmatige nanowalker, zodat deze vooruit blijft gaan als een domino-cascade, waardoor het bereden deel van het spoor onbruikbaar wordt. De mechanismen die het team heeft ontwikkeld, maken de constructie mogelijk van verschillende soorten nanowalkers die kunnen worden afgestemd op hun bewegingsrichting, looppatroon en prestatie.

De moleculaire motoren die door het onderzoeksteam zijn ontwikkeld, zijn biomimetische tweevoeters gemaakt van gemanipuleerde DNA-moleculen. Deze moleculaire motoren kunnen worden aangedreven door chemische brandstoffen (waarbij de motor een chemische reactie katalyseert waarbij het brandstofmolecuul betrokken is en de vrijgekomen energie gebruikt) of door middel van licht. Ze produceren een translatiebeweging als het spoor, die wordt gevormd via DNA-assemblage, is lineaire en roterende beweging als het spoor een cirkel vormt. Dus deze "niet-brug-brandende" moleculaire motoren kunnen functioneren als een transporter of een rotor op moleculair niveau, afhankelijk van de spoorconfiguratie. In tegenstelling tot, een "brug-brandende" moleculaire motor op een cirkelvormig spoor valt willekeurig in voorwaartse of achterwaartse rotatie en is niet in staat tot repetitieve werking.

Prof Wang zei, "Deze nieuwe moleculaire motoren kunnen nieuwe toepassingen op nanoschaal openen die verder gaan dan die welke kunnen worden bereikt door ultramoderne motoren van het "brugbrandende" type. Met optisch of chemisch aangedreven DNA-motoren, we kunnen potentieel biomaterialen realiseren die hun vorm kunnen aanpassen aan hun omgeving (zoals een octopus). Deze biomaterialen kunnen worden gemaakt van elastische vezels waarin moleculaire motoren zijn ingebouwd, het vertonen van fijne bewegingscontrole die vergelijkbaar is met onze spieren."