NUS-fysici hebben een tweevoetige nanowalker ontworpen die zijn manier van lopen en richting kan veranderen door de lengte van zijn pas aan te passen. Op deoxyribonucleïnezuur (DNA) gebaseerde nanowalkers zijn een klasse van moleculaire motoren die worden onderzocht voor een breed scala aan potentiële toepassingen op nanoschaal. Dit omvat geautomatiseerde sequentieafhankelijke synthese, assemblagelijnen op nanoschaal en door een wandelaar geleide oppervlaktepatronen.

Een tweevoetige nanowalker kan langs een spoor in voorwaartse of achterwaartse richting bewegen met behulp van verschillende soorten gangen (loopwijze). Het kan een hand-over-hand (HOH) gang aannemen waarbij de twee benen van de rollator elkaar afwisselend leiden, of volg een inchworm (IW) gang waarbij het ene been altijd het andere leidt, als een kruipende worm. Als dezelfde nanowalker van richting kan veranderen en verschillende soorten gangen kan hebben, betekent dit een hoger niveau van nanoscopische bewegingscontrole dat een uitdaging blijft.

Een team onder leiding van prof. Wang Zhisong van het departement Natuurkunde, NUS heeft een tweevoetige nanowalker ontwikkeld die kan schakelen tussen de voorwaartse en achterwaartse beweging en tussen HOH en IW-gang door de pasgrootte van de rollator te veranderen. Het spoor waarop de DNA-wandelaar "loopt" is gemaakt van een periodieke reeks identieke enkelstrengs DNA-steunpunten, gescheiden door een dubbele helix spacer. De pasgrootte van de rollator wordt geregeld door de lengte van deze afstandhouder te veranderen. Het onderzoeksteam ontdekte dat wanneer de spacer kort is, de rollator gebruikt een IW-gang en beweegt in één richting van het DNA-spoor. Wanneer de afstandhouder langwerpig is, de rollator beweegt in de tegenovergestelde richting en verandert in een HOH-gang. Wanneer de afstandhouder verder wordt verlengd, de rollator blijft een HOH-gang houden, maar keert weer van richting om. Deze bevindingen laten zien dat de loopmanier en bewegingsrichting van de DNA-walker kunnen worden gecontroleerd door de pasgrootte aan te passen, die overeenkomt met de lengte van de afstandhouder.

De DNA-walker heeft twee identieke enkelstrengs "benen" die met elkaar zijn verbonden door een stijve moleculaire brug die onder verschillende lichtomstandigheden kan veranderen tussen een lange dubbele helixstructuur en een korte quadruplexstructuur. Door afwisseling tussen ultraviolet en zichtbaar licht, de DNA-walker ondergaat een omkeerbare verlenging en samentrekking als deze verandert tussen de dubbele helix- en quadruplex-structuren. Vanwege een asymmetrie in het bindingspotentieel van zijn "benen" aan de baan, er ontstaat een loopbeweging wanneer de DNA-walker naar voren en naar achteren wordt getrokken.

Prof Wang zei, "In principe, zowel de energievoorziening als de controle over de grootte van de spacer zouden in het moleculaire spoor kunnen worden opgenomen om mechanisch aangedreven nanowalkers te ontwikkelen met goed gecontroleerde gang en richting. Dit zou mogelijk kunnen worden geïmplementeerd door de moleculaire sporen te ontwerpen met behulp van atoomkrachtmicroscopen of magnetische/optische pincetten."