Tillsammans med kollegor från USA, forskare från universitetet i Bonn och forskningsinstitutet Caesar i Bonn har använt nanostrukturer för att konstruera en liten maskin som utgör en roterande motor och kan röra sig i en specifik riktning. Forskarna använde cirkulära strukturer från DNA. Resultaten kommer nu att presenteras i tidningen Naturnanoteknik .

Nanomaskiner inkluderar strukturer av komplexa proteiner och nukleinsyror som drivs med kemisk energi och kan utföra riktade rörelser. Principen är känd från naturen:Bakterier, till exempel, driver sig framåt med hjälp av en flagellum. Teamet vid universitetet i Bonn, forskningsinstitutet Caesar i Bonn och University of Michigan (USA) använde strukturer gjorda av DNA -nanor. De två ringarna är länkade som en kedja. "En ring uppfyller ett hjuls funktion, den andra driver den som en motor med hjälp av kemisk energi, "förklarar prof. dr. Michael Famulok från Life &Medical Sciences (LIMES) Institute vid University of Bonn.

Det lilla fordonet mäter bara cirka 30 nanometer (miljondelar av en millimeter). "Bränslet" tillhandahålls av proteinet T7 RNA -polymeras. Kopplad till ringen som fungerar som motor, detta enzym syntetiserar en RNA -sträng baserad på DNA -sekvensen och använder den kemiska energin som frigörs under denna process för rotationen av DNA -ringen. "När rotationen fortskrider, RNA -strängen växer som en tråd från RNA -polymeraset, "rapporterar huvudförfattaren Dr Julián Valero från Famuloks team. Forskarna använder denna ständigt växande RNA-tråd, som i princip sticker ut från motorn som en avfallsprodukt, att hålla det lilla fordonet på sin kurs genom att använda markeringar på ett DNA-nanorörspår.

Bifogad till denna tråd, enhjulingsmaskinen täckte cirka 240 nanometer på sin provkörning. "Det var ett första steg, "säger Famulok." Banan kan förlängas efter önskemål. "I nästa steg siktar forskarna inte bara på att förlänga ruttens längd, men också planera mer komplexa utmaningar på testbanan. Vid inbyggda korsningar, nanomaskinen bör bestämma vilken väg man ska gå. "Vi kan använda våra metoder för att förutbestämma vilken vändning maskinen ska ta, säger Valero med tanke på framtiden.

Självklart, forskarna kan inte se det lilla fordonet på jobbet med blotta ögat. Genom att använda ett atomkraftmikroskop som skannade ytstrukturen på nanomaskinen, forskarna kunde visualisera de sammankopplade DNA -ringarna. Dessutom, laget använde fluorescerande markörer för att visa att maskinens "hjul" faktiskt snurrade. Fluorescerande "vägmärken" längs nanorörsbanan tändes så snart nano-enhjulingen passerade dem. Baserat på detta, fordonets hastighet kunde också beräknas:Ett varv på hjulet tog cirka tio minuter. Det är inte särskilt snabbt, men ändå ett stort steg för forskarna. "Att flytta nanomaskinen i önskad riktning är inte trivialt, säger Famulok.

Maskinens konstruktion bygger på principen om självorganisation. Som i levande celler, de önskade strukturerna uppstår spontant när motsvarande komponenter görs tillgängliga. "Det fungerar som ett tänkt pussel, "förklarar Famulok. Varje pusselbit är utformad för att interagera med mycket specifika partners. Om du sammanför dessa delar i ett enda kärl, varje partikel hittar sin partner och den önskade strukturen monteras automatiskt.

Vid det här laget, forskare över hela världen har utvecklat många nanomaskiner och nano -motorer. Men metoden som utvecklats av Famuloks team är en helt ny princip. "Det här är ett stort steg. Det är inte lätt att på ett tillförlitligt sätt utforma och förverkliga sådant på en nanometer skala, "säger forskaren. Hans team vill snart utveckla ännu mer komplexa nano -motorsystem." Detta är grundforskning. Det är inte möjligt att se exakt vart det leder. "

Möjliga tillämpningar inkluderar molekylära datorer som utför logiska operationer baserade på molekylära rörelser. Dessutom, små maskiner kan transportera droger genom blodomloppet exakt dit de behövs. "Men det här är fortfarande framtidsvisioner, säger Famulok.