اخیرا مهندسان مولکولی یک ماشین بسیار کوچک در مقیاس نانومتر (nm) شبیه به رباتهای مولکولی ابداع کردهاند که میتوانند به شیوهای کنترلشده با هم حرکت کرده و کار کند.
به گزارش تکناک، پتر شولک، استادیار دانشکده علوم مولکولی دانشگاه ایالتی آریزونا، به همراه پروفسور مایکل فامولوک از دانشگاه بن آلمان و پروفسور نیلز والتر از دانشگاه میشیگان در این پروژه با یکدیگر همکاری کردند.
انرژی شیمیایی DNA تنظیم کننده حرکت
این تیم تحقیقاتی مجموعه های نانو را در سطوح مولکولی طراحی کردند و توسعه دادند. بر اساس این مطالعه، آنها یک نانوماشین DNA با اندازههای 70 نانومتر × 70 نانومتر × 12 نانومتر ابداع کردند که توسط انرژی شیمیایی تری فسفاتهای نوکلئوزیدی مصرفکننده RNA-رونویسی الگوی DNA هدایت میشود.
این نانوماشین DNA (molecule that encodes the genetic instructions used in the development and functioning of all known living organisms and many viruses) از انرژی شیمیایی برای تولید حرکت ضربان دار کنترل شده و موزون استفاده می کند. این پیشرفت محققان پتانسیل ایجاد دستگاه های نانومقیاس دقیق و قابل کنترل با کاربرد در زمینه های مختلف مانند فناوری نانو، پزشکی و علم مواد را از خود نشان داد.
بیانیه دانشمندان گزارش داد که این نانوماشین DNA تقریباً 14000 از نوکلئوتید تشکیل شده است که واحدهای ساختاری اساسی DNA را تشکیل می دهند.
شولک توضیح داد که توانایی شبیهسازی حرکت در چنین نانوساختار بزرگی بدون oxDNA که مدل کامپیوتری است که مهندسان برای طراحی نانوساختارهای DNA استفاده میکنند، غیرممکن است.
وی ادامه داد: این اولین بار است که یک موتور نانوماشین DNA با انرژی شیمیایی با موفقیت مهندسی شده است. ما بسیار هیجانزده هستیم که روشهای تحقیقاتی ما میتواند به مطالعه آن کمک کند و مشتاقانه منتظر ساختن نانودستگاههای پیچیدهتر در آینده هستیم.
این مطالعه تاکید کرد که این موتور دستگاه مانند یک مربی قدرتمند عمل می کند، اما بسیار کوچک است؛ چیزی حدود یک میلیون بار کوچکتر. این موتور شامل دو دسته است که توسط یک فنر در یک ساختار V شکل به هم متصل می شدند.
دانشمندان با فشردن دستگیرههای تقویت کننده قدرت نیروی دست در برابر مقاومت فنر، توانستند عملیات را انجام دهند. با آزاد کردن گیره، فنر دستگیرهها را به حالت اولیه خود باز میگرداند.
فامولوک اظهار داشت: موتور ما از یک اصل بسیار مشابه استفاده می کند، اما دسته ها به هم فشرده نمی شوند، بلکه به هم کشیده می شوند.
علاوه بر این، این نانوماشین DNA با استفاده از دو بازوی سخت DNA-اریگامی، یک حرکت ضربانی ریتمیک ایجاد کرد. این نانوماشین به گونهای طراحی شده است که جزء فعالی باشد که سوخت شیمیایی مصرف میکند و حرکت کنترلشده را نشان میدهد.
این تیم به دنبال تولید نانومجموعه های کاربردی با قابلیت اجرای وظایف پیچیده بود. این سیستمهای محرک در مقیاس نانو میتوانند برای پیشرفت فناوری نانو کارآمد باشند.
علاوه بر این، سیستمهای نانومقیاس مبتنی بر سوخت شیمیایی میتوانند صنایع را به شدت پیشرفت دهند و امکان حرکات دقیق در سطح مولکولی را فراهم کنند.
شولک خاطرنشان کرد: این نانوماشین DNA کمی شبیه اسباب بازی های لگو است با این تفاوت که اندازه هر بلوک لگو تنها چند نانومتر (یک میلیونیم میلیمتر) است و به جای اینکه هر بلوک را در جایی که باید برود، قرار دهید، آنها را داخل یک جعبه قرار دهید و آن را به طور تصادفی تکان دهید تا فقط ساختار مورد نظر بیرون بیاید.
وی افزود: کاربردهای امیدوارکننده این حوزه شامل تشخیص، درمان، رباتیک مولکولی و ساخت مواد جدید است.
شولک گفت: آزمایشگاه من نرمافزاری را برای طراحی این بلوکها توسعه داده است و ما از نزدیک با گروههای آزمایشی در ASU و همچنین سایر دانشگاههای ایالات متحده و اروپا کار میکنیم.
