Illustrazione di un motore bipede autonomo a DNA che è alimentato da combustibili chimici per camminare "mano sulla mano" autodiretto (simile a come cammina un essere umano, due gambe che si guidano alternativamente) lungo una pista di filamenti (fatta di DNA). Il motore ha due gambe identiche che hanno due "forcelle" ciascuna (contrassegnate in rosso e verde).
Il trasporto di carichi molecolari è un'impresa continua e vitale in ogni cellula del corpo umano. Però, La natura non utilizza veicoli a ruote per svolgere questo compito. Anziché, La natura trasporta carichi intracellulari utilizzando motori molecolari bipedi che camminano lungo una rete di filamenti molecolari chiamati citoscheletri. Imitando la Natura, lo sviluppo di motori molecolari artificiali per la marcia su pista (nanowalkers), può potenzialmente aprire una vasta gamma di applicazioni su scala nanometrica.
Il prof. WANG Zhisong e il suo gruppo di ricerca del Dipartimento di Fisica, NUS ha sviluppato due serie di meccanismi concettualmente nuovi che consentono ai nanowalker artificiali di muoversi in una direzione autoguidata utilizzando la loro meccanica interna. Attualmente, la maggior parte dei nanowalker artificiali deve danneggiare la parte attraversata della pista quando procede in una determinata direzione. Ciò avviene spesso attraverso una reazione chimica catalizzata o avviata dal nanowalker artificiale per rimuovere una parte molecolare della traccia attraversata, che è fatto di DNA. Questa strategia "brucia-ponti" blocca il movimento all'indietro di un nanowalker artificiale in modo che continui a muoversi in avanti come una cascata di domino, rendendo inutilizzabile la parte attraversata della pista. I meccanismi sviluppati dal team consentono la costruzione di diversi tipi di nanowalker che possono essere sintonizzati in termini di direzione del movimento, deambulazione e performance.
I motori molecolari sviluppati dal team di ricerca sono bipedi biomimetici costituiti da molecole di DNA ingegnerizzate. Questi motori molecolari possono essere alimentati sia da combustibili chimici (in cui il motore catalizza una reazione chimica che coinvolge la molecola del combustibile e utilizza l'energia rilasciata) sia attraverso l'illuminazione luminosa. Producono moto traslatorio se il binario, che si forma attraverso l'assemblaggio del DNA, è un moto lineare e rotatorio se il binario forma un cerchio. Quindi questi motori molecolari "non brucianti" possono funzionare come un trasportatore o un rotore a livello molecolare, a seconda della configurazione della pista. In contrasto, un motore molecolare "brucia-ponte" su una pista circolare cade in una rotazione in avanti o indietro in modo casuale ed è incapace di operazioni ripetitive.
Il professor Wang ha detto, "Questi nuovi motori molecolari possono aprire nuove applicazioni su scala nanometrica oltre a quelle che possono essere raggiunte da motori all'avanguardia di tipo "brucia-ponte". Con motori a DNA alimentati otticamente o chimicamente, possiamo potenzialmente realizzare biomateriali in grado di adattare la loro forma in base al loro ambiente (come un polpo). Questi biomateriali possono essere costituiti da fibre elastiche che incorporano motori molecolari, esibendo un controllo del movimento fine che è simile ai nostri muscoli."
