En industriell revolution i liten skala äger rum i laboratorier vid University of Manchester med utvecklingen av en mycket komplex maskin som efterliknar hur molekyler tillverkas i naturen.
Den konstgjorda molekylära maskinen som utvecklats av professor David Leigh FRS och hans team vid School of Chemistry är den mest avancerade molekylära maskinen i sitt slag i världen. Dess utveckling har publicerats i tidskriften Vetenskap .
Professor Leigh förklarar:"Utvecklingen av denna maskin som använder molekyler för att tillverka molekyler i en syntetisk process liknar robotens löpande band i bilfabriker. Sådana maskiner kan i slutändan leda till att processen att göra molekyler blir mycket mer effektiv och kostnadseffektiv. Detta kommer att gynna alla typer av tillverkningsområden eftersom många konstgjorda produkter börjar på molekylär nivå. vi modifierar för närvarande vår maskin för att tillverka läkemedel som penicillin."
Maskinen är bara några nanometer lång (några miljondelar av en millimeter) och kan endast ses med speciella instrument. Dess skapelse var inspirerad av naturliga komplexa molekylära fabriker där information från DNA används för att programmera länkningen av molekylära byggstenar i rätt ordning. Den mest extraordinära av dessa fabriker är ribosomen, en massiv molekylär maskin som finns i alla levande celler.
Professor Leighs maskin är baserad på ribosomen. Den har en funktionaliserad ring i nanometerstorlek som rör sig längs ett molekylärt spår, plocka upp byggstenar som ligger på banan och koppla ihop dem i en specifik ordning för att syntetisera den önskade nya molekylen.
Först träs ringen på en molekylsträng med kopparjoner för att styra monteringsprocessen. Sedan fästs en "reaktiv arm" på resten av maskinen och den börjar fungera. Ringen rör sig upp och ner i strängen tills dess väg blockeras av en skrymmande grupp. Den reaktiva armen lossar sedan hindret från spåret och skickar det till en annan plats på maskinen, regenererar den aktiva platsen på armen. Ringen är sedan fri att röra sig längre längs strängen tills dess väg blockeras av nästa byggsten. Detta, i tur och ordning, tas bort och skickas till förlängningsstället på ringen, bygger därmed upp en ny molekylstruktur på ringen. När alla byggstenar har tagits bort från banan, ringen trådar ur och syntesen är över.
Professor Leigh säger att den nuvarande prototypen fortfarande är långt ifrån lika effektiv som ribosomen:"Ribosomen kan sätta ihop 20 byggstenar i sekunden tills upp till 150 är länkade. Hittills har vi bara använt vår maskin för att länka samman 4 block och det tar 12 timmar att koppla ihop varje block. Men du kan parallellt göra monteringsprocessen massivt:Vi använder redan en miljon miljoner miljoner (1018) av dessa maskiner som arbetar parallellt i laboratoriet för att bygga molekyler."
Professor Leigh fortsätter:"Nästa steg är att börja använda maskinen för att göra sofistikerade molekyler med fler byggstenar. Potentialen är att den ska kunna göra molekyler som aldrig har setts förut. De är inte gjorda i naturen och kan inte göras syntetiskt på grund av de processer som för närvarande används. Detta är en mycket spännande möjlighet för framtiden."
