Una molecola che cammina, così piccolo da non poter essere osservato direttamente al microscopio, è stato registrato mentre compiva i suoi primi passi di dimensioni nanometriche.

È la prima volta che qualcuno ha dimostrato in tempo reale che un oggetto così piccolo – chiamato “piccolo camminatore di molecole” – ha compiuto una serie di passi. La svolta, prodotto dai chimici dell'Università di Oxford, è una pietra miliare significativa sulla lunga strada verso lo sviluppo di "nanorobot".

"In futuro possiamo immaginare minuscole macchine in grado di recuperare e trasportare carichi delle dimensioni di singole molecole, che possono essere usati come elementi costitutivi di macchine molecolari più complicate; immagina delle minuscole pinzette che operano all'interno delle cellule, ' ha detto il dottor Gokce Su Pulcu del Dipartimento di Chimica dell'Università di Oxford. "L'obiettivo finale è utilizzare i camminatori molecolari per formare reti di nanotrasporto, ' lei dice.

Però, prima che i nanorobot possano correre, devono prima camminare. Come spiega Su, dimostrare che non è un compito facile.

Da anni i ricercatori hanno dimostrato che macchine in movimento e camminatori possono essere costruiti dal DNA. Ma, relativamente parlando, Il DNA è molto più grande dei camminatori di piccole molecole e le macchine del DNA funzionano solo nell'acqua.

Il grosso problema è che i microscopi possono rilevare solo oggetti in movimento fino al livello di 10-20 nanometri. Ciò significa che i camminatori di piccole molecole, i cui passi sono lunghi 1 nanometro, può essere rilevato solo dopo aver compiuto circa 10 o 15 passi. Sarebbe quindi impossibile dire con un microscopio se un deambulatore fosse "saltato" o "galleggiato" in una nuova posizione piuttosto che compiere tutti i passaggi intermedi.

Come riportano in questa settimana Nanotecnologia della natura , Su e i suoi colleghi del Bayley Group di Oxford hanno adottato un nuovo approccio per rilevare ogni passo di un deambulatore in tempo reale. La loro soluzione? Costruire un deambulatore da una molecola contenente arsenico e rilevarne il movimento su un binario costruito all'interno di un nanoporo.

I nanopori sono già la base della tecnologia pionieristica di sequenziamento del DNA sviluppata dal Bayley Group e dalla società spin-out Oxford Nanopore Technologies. Qui, minuscoli pori proteici rilevano le molecole che li attraversano. Ogni base interrompe una corrente elettrica passata attraverso il nanoporo di una quantità diversa in modo che le "lettere" della base del DNA (A, C, G o T) possono essere letti.

In questa nuova ricerca, hanno usato un nanoporo contenente una traccia formata da cinque "appoggi" per rilevare come si muoveva un deambulatore.

'Non possiamo 'vedere' il deambulatore in movimento, ma mappando i cambiamenti nella corrente ionica che scorre attraverso il poro mentre la molecola si sposta da un punto d'appoggio all'altro, siamo in grado di tracciare come passa dall'uno all'altro e viceversa, 'Su spiega.

Per garantire che il deambulatore non voli via, l'hanno progettato per avere "piedi" che si attaccano alla pista creando e rompendo legami chimici. Su dice:"È un po' come calpestare un tappeto con la colla sotto le scarpe:ad ogni passo il piede del deambulatore si attacca e poi si stacca in modo che possa passare al punto d'appoggio successivo". Questo approccio potrebbe consentire di progettare una macchina in grado di camminare su una varietà di superfici.

È un bel risultato per una macchina così piccola ma, come Su è il primo ad ammettere, ci sono molte altre sfide da superare prima che i nanorobot programmabili diventino una realtà.

'Al momento non abbiamo molto controllo sulla direzione in cui si muove il deambulatore; si muove abbastanza casualmente, 'Su mi dice. 'La traccia proteica è un po' come un pendio di montagna; c'è una direzione in cui è più facile camminare, quindi i camminatori tenderanno ad andare in questa direzione. Speriamo di essere in grado di sfruttare questa preferenza per costruire tracce che dirigano un camminatore dove vogliamo che vada.'

La prossima sfida sarà per un deambulatore rendersi utile, ad esempio, trasportare un carico:c'è già spazio per trasportare una molecola sulla sua "testa" che potrebbe poi portare in un luogo desiderato per svolgere un compito.

Su commenta:“Dovremmo essere in grado di progettare una superficie in cui possiamo controllare il movimento di questi camminatori e osservarli al microscopio attraverso il modo in cui interagiscono con uno strato fluorescente molto sottile. Ciò consentirebbe di progettare chip con diverse stazioni con camminatori che trasportano merci tra queste stazioni; così gli inizi di un sistema di nanotrasporto.'

Questi sono i primi timidi piccoli passi di una nuova tecnologia, ma promettono che potrebbero esserci progressi molto più grandi a venire.