Illustration av en autonom DNA-bipedal motor som drivs av kemiska bränslen för självstyrd "hand-over-hand" promenader (liknande hur en människa går, två ben som växelvis leder varandra) längs ett filamentspår (av DNA). Motorn har två identiska ben som har två ”gafflar” vardera (markerade med rött och grönt).
Molekylär godstransport är ett pågående och viktigt företag i varje cell i människokroppen. Dock, Naturen använder inte hjulfordon för att utföra denna uppgift. Istället, Naturen transporterar intracellulära laster med hjälp av bipedala molekylära motorer som går längs ett nät av molekylära filament som kallas cytoskeletoner. Genom att efterlikna naturen, utvecklingen av konstgjorda spårmolekylära motorer (nanowalkers), kan möjligen öppna ett brett spektrum av nanoskala -applikationer.
Prof WANG Zhisong och hans forskargrupp från Institutionen för fysik, NUS har utvecklat två uppsättningar av konceptuellt nya mekanismer som gör det möjligt för konstgjorda nanowalkers att röra sig i en självstyrd riktning med sin interna mekanik. Nuvarande, de flesta konstgjorda nanowalkers måste skada den genomkorsade delen av spåret när de fortsätter i en given riktning. Detta sker ofta genom en kemisk reaktion katalyserad eller initierad av den konstgjorda nanowalkern för att avlägsna en molekylär del av det korsade spåret, som är gjord av DNA. Denna "bro-brinnande" strategi blockerar bakåtrörelsen hos en konstgjord nanowalker så att den fortsätter att gå framåt som en domino-kaskad, vilket gör den genomkorsade delen av spåret oanvändbar. De mekanismer som teamet har utvecklat möjliggör konstruktion av olika typer av nanowalkers som kan ställas in när det gäller deras rörelseriktning, gångart och prestanda.
De molekylära motorerna som utvecklats av forskargruppen är biomimetiska tvåbäddar gjorda av konstruerade DNA -molekyler. Dessa molekylära motorer kan drivas antingen av kemiska bränslen (där motorn katalyserar en kemisk reaktion som involverar bränslemolekylen och använder den frigjorda energin) eller genom ljusbelysning. De producerar translationell rörelse om spåret, som bildas via DNA -montering, är linjär och roterande rörelse om spåret bildar en cirkel. Således kan dessa "icke-bryggande" molekylmotorer fungera som en transportör eller en rotor på molekylär nivå, beroende på spårkonfigurationen. I kontrast, en "brobrinnande" molekylmotor på ett cirkulärt spår faller slumpmässigt framåt eller bakåt och kan inte upprepas.
Prof Wang sa:"Dessa nya molekylära motorer kan öppna upp nya nanoskalaapplikationer utöver dem som kan uppnås med toppmoderna" brobrinnande "motorer. Med optiskt eller kemiskt drivna DNA-motorer, vi kan eventuellt förverkliga biomaterial som kan anpassa sin form efter sin omgivning (som en bläckfisk). Dessa biomaterial kan tillverkas av elastiska fibrer som bäddar in molekylära motorer, uppvisar finrörelsekontroll som liknar våra muskler. "
