En grupp forskare vid Marshalluniversitetet och deras kollegor i Japan bedriver forskning som kan leda till nya sätt att flytta eller placera enstaka molekyler - ett nödvändigt steg om människan någon gång hoppas kunna bygga molekylära maskiner eller andra enheter som kan arbeta i mycket små vågar.

Dr Eric Blough, medlem i forskargruppen och docent vid Marshalluniversitetets institution för biologiska vetenskaper, sa att hans grupp har visat hur bionanomotorer kan användas någon dag för att flytta och manipulera molekyler på nanoskala.

Deras forskning kommer att publiceras i 5 februari -numret av forskningstidsskriften Små .

"Att kunna manipulera en enda molekyl under kontrollerade förhållanden är faktiskt en ganska stor utmaning, "sa Blough." Det är inte riktigt samma sak, men tänk dig att försöka ta upp en enda synål från marken med en enorm ångspade, och gör det så att du tar upp nålen och inget annat. Eller, för att uttrycka det på ett annat sätt - hur manipulerar du något som är väldigt litet med något som är väldigt stort? Vi bestämde oss för att försöka komma runt detta problem genom att se om det var möjligt att använda enstaka molekyler för att flytta andra enskilda molekyler. "

"Det vi försöker replikera i labbet är något som naturen har gjort i miljontals år - celler använder bionanomotorer hela tiden för att flytta runt, " han sa.

Blough beskriver bionanomotorer som naturligt förekommande små "maskiner" som omvandlar kemisk energi direkt till mekaniskt arbete. En nanometer är ungefär 1/100, 000 bredden på ett människohår. En nanomotor är lika stor och fungerar i minsta skala.

"Våra muskler är ett levande bevis på hur bionanomotorer kan utnyttjas för att göra nyttigt arbete, " han lade till.

I labbet, Blough och hans kollegor använde myosin - ett protein som finns i muskler som är ansvarigt för att generera muskelkontraktionskraften - som motor, och aktin - ett annat protein isolerat från muskler - som bärare.

Med hjälp av en teknik för att göra ett mönster av aktiva myosinmolekyler på en yta, de visade hur last - de använde små pärlor - kunde fästas på aktinfilament och flyttas från en del av ytan till en annan. För att förbättra systemet, de använde också aktinfilament som de hade buntat ihop.

"När vi började vårt arbete, vi märkte att enstaka aktinfilament rörde sig slumpmässigt, "sa Dr Hideyo Takatsuki, huvudförfattare till tidningsartikeln och en postdoktor i Bloughs laboratorium. "För att effektivt kunna transportera något från punkt A till punkt B måste du ha viss kontroll över rörelsen. Aktinfilamenten är så flexibla att det är svårt att kontrollera deras rörelse men vi fann att om vi buntade ihop ett gäng av dem tillsammans, glödtrådarnas rörelse var nästan rak. "

Dessutom, laget visade också att de kunde använda ljus för att styra filamentens rörelse.

"För att ett transportsystem ska fungera effektivt, du måste verkligen ha förmågan att stoppa transportören för att hämta last, liksom sättet att stoppa transporten när du anländer till din destination, "tillade Takatsuki.

För att styra rörelsen, de valde att utnyttja de kemiska egenskaperna hos en annan molekyl som heter blebbistatin.

"Blebbistatin är en hämmare av myosin och kan slås på och av med ljus, "Blough sa." Vi fann att vi kunde stoppa och starta rörelse genom att ändra hur systemet belystes. "

Enligt Blough, det långsiktiga målet för teamets arbete är att utveckla en plattform för utveckling av ett brett spektrum av nanoskala transport och avkänningstillämpningar inom det biomedicinska området.

"Löftet om nanoteknik är enormt, "sa han." En dag kan det vara möjligt att utföra diagnostiska tester med otroligt små mängder prov som kan köras på mycket kort tid och med hög noggrannhet. Konsekvenserna för att förbättra människors hälsa är otroliga. "

Blough tillade att även om deras senaste arbete är ett steg framåt, det är fortfarande en lång väg kvar.

"Ett antal ytterligare framsteg är nödvändiga innan bionanomotorer kan användas för" lab-on-a-chip "-applikationer, "sa han." Det är ett utmanande problem, men det är en av de stora sakerna med vetenskap - varje dag är ny och intressant. "