Это замечательное достижение нанотехнологий может проложить путь к новым применениям в области доставки лекарств, биомиметики и сбора энергии.
Команда исследователей из Технического университета Делфта, Университета Иллинойса и MPI Геттингена разработала наноразмерную турбину из ДНК, которая может вращаться в обоих направлениях в зависимости от концентрации соли в растворе. Это замечательное достижение нанотехнологий может проложить путь к новым применениям в области доставки лекарств, биомиметики и сбора энергии.
Натуральные турбины с использованием ДНК-оригами
Турбина – это устройство, преобразующее кинетическую энергию жидкости в механическую работу. Они повсеместно распространены в нашем современном мире, от ветряных электростанций до реактивных двигателей. Они также необходимы для жизни, поскольку некоторые биологические молекулы действуют как турбины, обеспечивая питание клеточных функций, например, АТФ-синтаза, производящая энергию для клеток, и бактериальные жгутики, которые приводят в движение бактерии.
Исследователи хотели имитировать эти природные турбины с помощью ДНК- оригами, в котором нити ДНК складываются в сложные трехмерные формы. Они спроектировали ротор диаметром 25 нанометров и восемью лопастями, которые могут быть правосторонними или левосторонними. Ротор прикреплен к жесткому стержню и помещен в нанопору — крошечное отверстие в мембране, которое создает сильный поток воды при приложении электрического поля или градиента соли.
«Мы использовали нашу нанотурбину, чтобы приводить в движение жесткий стержень со скоростью до 20 оборотов в секунду», — говорит Синь Ши, ведущий автор исследования. «Что интересно, так это то, что направление вращения можно изменить, изменив концентрацию соли в растворе. Это связано с тем, что ионы соли по-разному взаимодействуют с лопастями ДНК в зависимости от их направления, создавая асимметрию, которая влияет на крутящий момент ротора. "
Это явление уникально для наномасштаба и ранее не наблюдалось. Это объясняется моделированием молекулярной динамики, выполненным группой Алексея Аксиментьева в Университете Иллинойса, и теоретическим моделированием Рамина Голестаняна в MPI Геттингена. Исследователи полагают, что это открытие открывает новые возможности для нанотехнологий, поскольку оно может позволить разработать наномашины, которые смогут переключаться между различными функциями или режимами путем изменения концентрации соли.
ДНК-оригами наномашины
Одним из потенциальных применений является доставка лекарств, где наномашины из ДНК-оригами могут доставлять лекарства к определенным целям в организме и высвобождать их, изменяя их форму или движение. Другая возможность — биомиметика, где наномашины из ДНК-оригами могут имитировать естественные молекулярные моторы и выполнять задачи транспортировки, синтеза или восприятия.
Исследование проводилось под руководством Цеса Деккера, который сотрудничал с Хендриком Дитцем из Технического университета Мюнхена. Ранее они разработали наноротор из ДНК-оригами, который мог непрерывно вращаться в одном направлении, используя электрические или солевые градиенты. Новая нанотурбина представляет собой усовершенствование предыдущей конструкции, позволяющее лучше контролировать вращение и интегрироваться с другими наномашинами.
«Мы продемонстрировали фундаментальные принципы приведения в движение наноразмерного ротора с использованием воды и соли в нанопорах», — говорит Ши. «Прорыв этого года, обусловленный рациональным дизайном, знаменует собой следующий этап нашего пути. Основополагающие принципы из нашей предыдущей статьи в сочетании с инновациями в этой закладывают основу для будущего биомиметических трансмембранных машин, потенциально способных использовать энергию солевых градиентов, жизненно важного источника энергии, используемого биологическими двигателями».
No comments:
Post a Comment