Los científicos de la Universidad Técnica de Múnich TUM han construido dos nuevas máquinas a nanoescala con partes móviles, utilizando el ADN como material de construcción programable y autoensamblable. En la revista Avances científicos , describen un mecanismo de rotor formado a partir de componentes de ADN 3-D entrelazados. Otro artículo reciente, en Nanotecnología de la naturaleza , informó un manipulador molecular articulado, también hecho de ADN. Estos son solo los últimos pasos en una campaña para transformar el llamado "origami de ADN" en una tecnología industrialmente útil y comercialmente viable.
Inspirado por las nanomáquinas de la naturaleza, como la enzima ATP sintasa y los flagelos de bacterias impulsados por motores, los físicos del laboratorio del profesor Hendrik Dietz en TUM siguen ampliando su propio repertorio de diseño y construcción. Han desarrollado sistemáticamente reglas y procedimientos paracreando estructuras de origami de ADN autoensambladas con una flexibilidad y control cada vez mayores. Pasando de la combinación de pares de bases de ADN a las técnicas de construcción complementarias a la forma, con una variedad de "ladrillos" entrelazados, el conjunto de herramientas de los investigadores ha avanzado constantemente en la dirección de mayorprogramación de nivel y montaje modular.
En consonancia con este progreso, han perfeccionado los métodos necesarios para verificar, por ejemplo, que una sopa particular de nanopartículas realmente está repleta de copias de lo que diseñaron: ya sea un equipo intercambiable, un canal de membrana artificial, un objeto de prueba arbitrariamente complicado, un "nanobook" que se abre y cierra, o una figura de robot con brazos móviles.
Dos nuevas incorporaciones al zoológico
Las últimas incorporaciones al zoológico de objetos de origami de ADN del laboratorio, dos pequeñas máquinas 3-D con partes móviles, demuestran nuevas capacidades.
Los candidatos al doctorado Philip Ketterer y Elena Willner colaboraron con Dietz en la construcción de un mecanismo giratorio a partir de tres bloques de construcción de ADN multicapa: una unidad de rotor, con un cuerpo de aproximadamente 32 nanómetros de largo y una extensión más larga en forma de palanca, y dos elementos de sujeción que "haga clic "juntos para formar un cojinete del eje. Las piezas se unen con un ajuste apretado y dejan solo 2 nanómetros de juego alrededor del eje, permitiendo que el rotor se balancee pero no se tambalee. En una variante, el brazo rotará libremente entre puntos de frenado aleatorios; en otro, permanecerá en posiciones específicas que los investigadores llaman sitios de atraque. Hasta la fecha, esta es la estructura rotatoria más compleja realizada utilizando técnicas de origami de ADN.
Para ser claros, el rotor no tiene motor: es impulsado por el movimiento browniano, el movimiento aleatorio de partículas en solución. Sin embargo, al demostrar la viabilidad de construir una máquina de este tipo, los investigadores abren el camino para dispositivos activos bajo químicos o térmicospotencia y control ". Es como haber construido un motor", dice Dietz. "Ahora las bujías y el combustible son los siguientes elementos en la lista de tareas".
En un proyecto separado, Dietz y el candidato a doctorado Jonas Funke crearon una máquina articulada en una escala adecuada para manipular moléculas individuales con precisión atómica. El ángulo entre los dos elementos estructurales principales de la pinza se puede controlar con hélices de ADN. Experimentos con este origami de ADNEl dispositivo de posicionamiento demostró que podría ser capaz de colocar con precisión las moléculas, ajustando la distancia entre ellas en pasos tan pequeños como el radio de un átomo de hidrógeno. Este trabajo es significativo porque contrarresta una tendencia en el campo hacia la construcción de dispositivos de origami de ADN más grandesnecesariamente empujando los límites de la precisión. Además, los resultados sugieren una de las formas en que las nanomáquinas de ADN algún día podrían ser útiles para controlar las reacciones químicas.
"Por un lado", dice Dietz, "ahora realmente confiamos en la precisión de colocación dentro de nuestras estructuras, porque en realidad hemos colocado dos moléculas y controlado su distancia con precisión atómica. Por otro lado, ahora tenemos un prototipo rotativoSegún nuestras mediciones, su movilidad es tal que podría alcanzar hasta 50,000 rpm si cada paso giratorio que tomara fuera solo en una dirección. En la próxima generación de dispositivos, utilizaremos la precisión de colocación para acoplar reacciones químicas alos movimientos de un rotor. Esto tiene el potencial de dar como resultado un motor. Este dispositivo, entonces, podría usarse para todo tipo de propósitos, como impulsar activamente vehículos de suministro de drogas a nanoescala, bombear y separar moléculas a través de barreras o moléculas de empaqueen compartimentos de carga "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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