Insieme ai colleghi degli Stati Uniti, scienziati dell'Università di Bonn e dell'istituto di ricerca Caesar di Bonn hanno utilizzato nanostrutture per costruire una minuscola macchina che costituisce un motore rotatorio e può muoversi in una direzione specifica. I ricercatori hanno utilizzato strutture circolari del DNA. I risultati saranno ora presentati sulla rivista Nanotecnologia della natura .

Le nanomacchine includono strutture di proteine ​​complesse e acidi nucleici che sono alimentate con energia chimica e possono eseguire movimenti diretti. Il principio è noto dalla natura:batteri, Per esempio, si spingono in avanti usando un flagello. Il team dell'Università di Bonn, l'istituto di ricerca Caesar di Bonn e l'Università del Michigan (USA) hanno utilizzato strutture costituite da nanoanelli di DNA. I due anelli sono collegati come una catena. "Un anello svolge la funzione di una ruota, l'altro lo guida come un motore con l'aiuto dell'energia chimica, " spiega il Prof. Dr. Michael Famulok dell'Istituto Life &Medical Sciences (LIMES) dell'Università di Bonn.

Il minuscolo veicolo misura solo circa 30 nanometri (milionesimi di millimetro). Il "carburante" è fornito dalla proteina T7 RNA polimerasi. Accoppiato all'anello che funge da motore, questo enzima sintetizza un filamento di RNA basato sulla sequenza del DNA e utilizza l'energia chimica rilasciata durante questo processo per il movimento rotatorio dell'anello del DNA. "Mentre la rotazione procede, il filamento di RNA cresce come un filo dalla RNA polimerasi, " riporta l'autore principale Dr. Julián Valero del team di Famulok. I ricercatori stanno usando questo filo di RNA in continua espansione, che fondamentalmente fuoriesce dal motore come prodotto di scarto, per mantenere il minuscolo veicolo sulla sua traiettoria utilizzando segni su una traccia di nanotubi di DNA.

In allegato a questo thread, la macchina del monociclo ha coperto circa 240 nanometri nel suo test drive. "Quello è stato il primo tentativo, " dice Famulok. "La pista può essere estesa a piacimento." Nella fase successiva i ricercatori non mirano solo ad ampliare la lunghezza del percorso, ma pianifica anche sfide più complesse sulla pista di prova. Alle giunzioni integrate, la nanomacchina dovrebbe decidere da che parte andare. "Possiamo usare i nostri metodi per predeterminare quale svolta dovrebbe prendere la macchina, " dice Valero con uno sguardo al futuro.

Certo, gli scienziati non possono guardare il minuscolo veicolo al lavoro ad occhio nudo. Utilizzando un microscopio a forza atomica che ha scansionato la struttura superficiale della nanomacchina, gli scienziati sono stati in grado di visualizzare gli anelli di DNA interconnessi. Inoltre, il team ha utilizzato indicatori fluorescenti per mostrare che la "ruota" della macchina stava effettivamente girando. I "segnavia" fluorescenti lungo il percorso dei nanotubi si sono accesi non appena il nano-uniciclo li ha superati. Sulla base di ciò, si poteva anche calcolare la velocità del veicolo:un giro della ruota impiegava circa dieci minuti. Non è molto veloce, ma comunque un grande passo per i ricercatori. "Spostare la nanomacchina nella direzione desiderata non è banale, "dice Famulok.

La costruzione della macchina si basa sul principio dell'auto-organizzazione. Come nelle cellule viventi, le strutture desiderate nascono spontaneamente quando vengono messi a disposizione i componenti corrispondenti. "Funziona come un puzzle immaginario, " spiega Famulok. Ogni pezzo del puzzle è progettato per interagire con partner molto specifici. Se riunisci queste parti in un unico vaso, ogni particella troverà il suo partner e la struttura desiderata verrà assemblata automaticamente.

Da adesso, scienziati di tutto il mondo hanno sviluppato numerose nanomacchine e nanomotori. Ma il metodo sviluppato dal team di Famulok è un principio completamente nuovo. "Questo è un grande passo. Non è facile progettare e realizzare in modo affidabile una cosa del genere su scala nanometrica, " dice lo scienziato. Il suo team vuole sviluppare presto sistemi di nanomotori ancora più complessi. "Questa è ricerca di base. Non è possibile vedere esattamente dove porterà".

Le possibili applicazioni includono computer molecolari che eseguono operazioni logiche basate su movimenti molecolari. Inoltre, minuscole macchine potrebbero trasportare i farmaci attraverso il flusso sanguigno esattamente dove sono necessari. "Ma queste sono ancora visioni del futuro, "dice Famulok.