Man mano che la progettazione di nanomacchine avanza rapidamente, i ricercatori stanno passando dal chiedersi se la nanomacchina funziona a quanto tempo funzionerà. Questa è una domanda particolarmente importante in quanto ci sono così tante potenziali applicazioni, ad esempio, per usi medici, compresa la consegna di farmaci, diagnosi precoce, monitoraggio della malattia, strumentazione, e chirurgia. In un nuovo studio condotto da Henry Hess, professore associato di ingegneria biomedica presso la Columbia Engineering, i ricercatori hanno osservato una navetta molecolare alimentata da proteine ​​motorie chinesina e hanno scoperto che si degrada durante il funzionamento, segnando la prima volta, dicono, che il degrado è stato studiato in dettaglio in modo attivo, nanomacchina autonoma.

"Il nostro nanoshuttle si è degradato proprio come un'auto che cade a pezzi dopo poche centinaia di migliaia di miglia di guida, tranne che, per la nostra navetta molecolare, l'equivalente di centomila miglia risulta essere un millimetro, "dice Hess, che ha collaborato allo studio con il suo ex allievo Emmanuel Dumont PhD'14, ora Innovation Fellow presso Cornell Technion, e Caterina Do, ricercatore postdottorato presso l'Institute for Cancer Genetics presso il Columbia University Medical Center. Il documento—"Molecular wear of microtubules propelled by surface-adhered kinesins"—è pubblicato il 26 gennaio in Nanotecnologia della natura 's Advance Online Publication.

I ricercatori stanno già lavorando alla creazione di muscoli artificiali e altri materiali attivi, e, per rendere utile, sistemi pratici, è fondamentale che capiscano come far durare i sistemi. "Cosa significa, "Hess spiega, "è che mentre cerchiamo di capire la progettazione di nanomacchine biologiche che operano all'interno delle cellule e poi mentre cerchiamo di inventare nuove nanomacchine sintetiche, dobbiamo essere consapevoli della loro vita e farli durare o renderli capaci di rinnovarsi".

I sistemi biomolecolari possono subire una serie di movimenti attivi su scala nanometrica che sono resi possibili dalla trasduzione dell'energia chimica in lavoro meccanico mediante processi di polimerizzazione e proteine ​​motorie. Hess e il suo team hanno utilizzato un sistema in vitro per studiare il movimento su scala nanometrica e le sue conseguenze e hanno scoperto che l'attività meccanica dei motori biomolecolari provoca un'usura su scala molecolare simile all'usura del motore di un'auto in funzione. Negli umani, i motori biomolecolari sono anche responsabili della contrazione dei muscoli e della consegna dei pacchetti all'interno delle cellule, e, per prevenire l'invecchiamento e le malattie, questi processi devono funzionare senza intoppi per tutta la vita. I meccanismi biologici come la sostituzione continua delle parti molecolari si sono evoluti per prevenire il rapido degrado delle nanomacchine del corpo.

"Il nostro studio ha dimostrato che l'usura è una questione importante che deve essere considerata nella progettazione di nanomacchine, " aggiunge Hess. "Ed è chiaro che una migliore comprensione della nanoingegneria ci aiuterà a comprendere meglio l'invecchiamento e la degenerazione nei sistemi biologici".