Kemister har länge pysslat med rotaxaner. Namnet, kommer från grekiskan, betyder i princip "hjulaxel" - och inte utan anledning.

För en rotaxanmolekyl består huvudsakligen av en axel och en ring, eller båge, träs över den. För att förhindra att bågen glider av axeln, skrymmande "proppar" placeras i varje ände. Dessa, i tur och ordning, består av sammanflätade ringar. Hela konstruktionen ser snarare ut som en hantel med en båge runt handtaget (se diagram).

Alla tidigare DNA-rotaxaner är produkter av organisk kemi. De är också mycket mindre i storlek och uppvisar därför kortare marginaler för mekanisk rörelse på nanoskala. Dessutom, det nya DNA-alternativet kan enkelt utrustas med ytterligare funktioner, så att sofistikerade mekaniska system snabbt kan utvecklas.

För att bygga de nya rotaxanerna, forskargruppen kring Dr Damian Ackermann och Prof. Michael Famulok från Life &Medical Sciences (LIMES) Institute vid universitetet i Bonn använde sig av ett material som normalt är känt för att utgöra själva livets byggstenar:DNA. Men forskarna är inte i första hand intresserade av DNA:s funktion som genetisk bärare. Snarare, deras fokus av intresse ligger i att använda principerna för basparning av DNA-dubbelsträngar för att konstruera sofistikerade arkitekturer i nanoskala. Dubbelhelixen bildar en mycket stabil ställning. Dessutom, en del av en tråd kan tas bort vid valfri vald position för att fungera som en anslutningspunkt för andra komponenter i en nanomaskin. "De individuella strängarnas specificitet gör DNA mycket lämpligt. Det ger oss en hel del möjligheter, " förklarar Damian Ackermann. "DNA är som en legokloss, Det är det idealiska materialet för nanoarkitektur, ", tillägger professor Famulok.

De Bonn-baserade biokemisterna har skapat en helt ny sorts rotaxan. Den bildar en stabil mekanisk enhet, med en fritt rörlig innerbåge. Mycket kan göras med detta hjul. "Vi tänker oss en hel del saker, ", säger professor Famulok. "Vårt första mål är att konstruera system där rörelse kan kontrolleras på nanonivå. Axeln och hjulen finns nu tillgängliga, och vi har några idéer för hur man får hjulen att snurra." Dessa nanomotorer kan sedan också kombineras med andra biologiska system, såsom proteiner.

Forskarna inser nu att med deras DNA-rotaxaner, de har lagt grunden för att utveckla alla möjliga olika nano-mekaniska system baserade på mekaniskt sammankopplat dubbelsträngat DNA. Det är fortfarande öppet vad som slutligen kommer att framgå av dessa ansträngningar, men det viktiga genombrottet har gjorts. "Det viktiga är att vi nu har en uppsättning nya komponenter med vilka vi kan bygga saker som tidigare var omöjliga, " säger Ackermann:"Gränserna för vår fantasi har, på sätt och vis, drivits lite längre."