En gångmolekyl, så liten att den inte kan observeras direkt med ett mikroskop, har registrerats med sina första nanometerstora steg.

Det är första gången som någon har visat i realtid att ett så litet föremål - kallat en "småmolekylator" - har tagit en rad steg. Genombrottet, gjord av kemister från Oxford University, är en viktig milstolpe på den långa vägen mot att utveckla "nanoroboter".

'I framtiden kan vi föreställa oss små maskiner som kan hämta och transportera last i storleken på enskilda molekyler, som kan användas som byggstenar för mer komplicerade molekylära maskiner; tänk dig en liten pincett som fungerar inuti cellerna, säger Dr Gokce Su Pulcu vid Oxford Universitys kemiska institution. 'Det yttersta målet är att använda molekylära vandrare för att bilda nanotransportnätverk, ' hon säger.

Dock, innan nanoroboter kan springa måste de först gå. Som Su förklarar, bevisa detta är ingen lätt uppgift.

I åratal har forskare visat att rörliga maskiner och vandrare kan byggas av DNA. Men, relativt sett, DNA är mycket större än småmolekylatorer och DNA -maskiner fungerar bara i vatten.

Det stora problemet är att mikroskop bara kan upptäcka rörliga föremål ner till nivån 10–20 nanometer. Detta innebär att småmolekylvandrare, vars steg är 1 nanometer långt, kan bara detekteras efter att ha tagit cirka 10 eller 15 steg. Det skulle därför vara omöjligt att med ett mikroskop avgöra om en rullator hade "hoppat" eller "svävat" till en ny plats i stället för att ta alla mellanliggande steg.

Som de rapporterar i veckans Naturnanoteknik , Su och hennes kollegor vid Oxfords Bayley Group tog ett nytt tillvägagångssätt för att upptäcka en rollators varje steg i realtid. Deras lösning? Att bygga en rullator från en arsenikhaltig molekyl och upptäcka dess rörelse på ett spår byggt inuti en nanopor.

Nanopores är redan grunden för banbrytande DNA -sekvenseringsteknik som utvecklats av Bayley Group och spinnoutföretaget Oxford Nanopore Technologies. Här, små proteinporer upptäcker molekyler som passerar genom dem. Varje bas stör en elektrisk ström som passerar genom nanoporen med en annan mängd så att DNA -basen "bokstäver" (A, C, G eller T) kan läsas.

I denna nya forskning, de använde en nanopor som innehöll ett spår som består av fem "fotfästen" för att upptäcka hur en rullator rörde sig över den.

"Vi kan inte" se "rullatorn röra sig, men genom att kartlägga förändringar i jonströmmen som flyter genom poren när molekylen rör sig från fotfäste till fotfäste kan vi kartlägga hur den går från en till den andra och tillbaka igen, 'Förklarar Su.

För att se till att rullatorn inte flyter iväg, de utformade den för att ha "fötter" som håller fast vid spåret genom att knyta och bryta kemiska bindningar. Su säger:"Det är lite som att kliva upp på en matta med lim under skorna:för varje steg klibbar fotgängarens fot och lossnar så att den kan flytta till nästa fotfäste." Detta tillvägagångssätt kan göra det möjligt att designa en maskin som kan gå på olika ytor.

Det är ganska en prestation för en så liten maskin, men som Su är den första att erkänna, det finns många fler utmaningar att övervinna innan programmerbara nanoroboter är verklighet.

”För tillfället har vi inte mycket kontroll över vilken riktning rullatorn rör sig i; det rör sig ganska slumpmässigt, 'Su berättar. 'Proteinspåret är lite som en bergssluttning; det finns en riktning som är lättare att gå i så vandrare tenderar att gå den här vägen. Vi hoppas kunna utnyttja denna preferens för att bygga spår som leder en rollator dit vi vill att den ska gå. '

Nästa utmaning efter det blir att en rollator gör sig användbar av, till exempel, bär en last:det finns redan utrymme för den att bära en molekyl på sitt "huvud" som den sedan kan ta till en önskad plats för att utföra en uppgift.

Su kommenterar:'Vi borde kunna konstruera en yta där vi kan styra dessa vandrares rörelse och observera dem under ett mikroskop genom deras interaktion med ett mycket tunt fluorescerande lager. Detta skulle göra det möjligt att designa marker med olika stationer med vandrare som transporterar last mellan dessa stationer; så början på ett nanotransportsystem. '

Detta är de första trevande babystegen i en ny teknik, men de lovar att det kan komma mycket större framsteg.