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Il primo motore elettrico fatto di DNA: un cricchetto molecolare che converte l’energia elettrica in movimento rotatorio

Il materiale genetico come motore: per la prima volta, gli scienziati hanno trasformato una molecola di DNA in un motore elettrico su scala nanometrica. Per fare ciò, hanno assemblato diversi filamenti di DNA in modo tale da formare una base con un braccio rotante. Se la tensione viene applicata ora, il rotore del DNA inizia a muoversi e ruotare in una direzione, riferiscono i ricercatori sulla rivista Nature. Il nuovo attuatore nanoelettrico apre la possibilità di guidare nanoprocessi e reazioni chimiche in nuovi modi.

I motori hanno tenuto l’umanità fuori dall’azione per secoli ormai. Il loro compito principale è convertire diverse forme di energia in movimento, anche su scala ridotta. li Adesso nanomotorisolo questo Dimensioni di un nanometro Loro e coloro che Costruzione del DNA della molecola genetica era diventato. Tuttavia, quest’ultimo è stato finora in grado di generare movimento solo dall’energia chimica, non dall’energia elettrica.

Origami con molecole di materiale genetico

Un team guidato dalla prima autrice Anna Katharina Bohm dell’Università Tecnica di Monaco ha costruito un efficiente motore elettrico su scala nanometrica fatto di DNA. Per assemblare il motore molecolare, gli scienziati hanno utilizzato ciò che è noto come origami di DNA. Con questo metodo di costruzione, diversi lunghi filamenti singoli di materiale genetico fungono da struttura primaria, a cui aderiscono sezioni di DNA complementari. La sequenza di molecole è scelta in modo tale da produrre le strutture desiderate di attaccamenti e pieghe.

“Lavoriamo in questo modo da molti anni e ora possiamo sviluppare organismi molto precisi e complessi come interruttori molecolari e corpi cavi in ​​grado di catturare i virus. L’autore senior Hendrik Dietz dell’Università tecnica di Monaco spiega: “Se metti i filamenti di DNA insieme alle corrispondenti sequenze in soluzione, le cose si aggregano da sole”.

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base, piattaforma, girevole

I ricercatori hanno utilizzato la tecnologia degli origami per costruire tre componenti del nuovo motore del DNA. Si basa su una base alta circa 40 nanometri, che viene fissata su una lastra di vetro con l’aiuto di polietilenglicole. Una piattaforma di DNA di 13 nm di spessore viene quindi fissata al piede e la base è fissata a un braccio rotante di 500 nm fatto di DNA. La struttura dell’elemento intermedio è responsabile della funzione del motore.

Fondamentalmente, il motore del DNA agisce come una specie di cricchetto. Gli ostacoli nell’ingranaggio limitano la rotazione del braccio girevole. Senza una determinata fonte di alimentazione, la parte mobile si muove in modo casuale e incontrollabile, perché risente solo delle collisioni con le molecole di solvente. Tuttavia, una volta applicata la tensione CA attraverso due elettrodi, il braccio ruota in modo mirato e continuo nella direzione desiderata. Infine, gli scienziati possono influenzare la velocità e la direzione di rotazione tramite la direzione del campo, la frequenza e l’ampiezza della tensione.

Abilità tecnicamente impareggiabili

“Il nuovo motore ha capacità meccaniche senza precedenti”, afferma il coautore Ramin Golestanian del Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization di Göttingen. “Può raggiungere una coppia dell’ordine di 10 pN. Può generare più energia al secondo di quella rilasciata dalla scissione di due molecole di ATP.

Gli scienziati sperano che il motore che hanno sviluppato svolga compiti tecnici specifici in futuro, come la conversione dell’energia elettrica in energia chimica. Possiamo usarlo per guidare reazioni chimiche lungo le linee di produzione di ATP. Ad esempio, le superfici possono essere densamente rivestite con tali attuatori”, spiega Dietz. “Poi si aggiungono le materie prime, si applica un po’ di corrente alternata e gli attuatori producono il composto chimico desiderato.” (Nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-04910-y)

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Fonte: Università Tecnica di Monaco di Baviera