Dentro tutti noi ci sono trilioni di minuscole nanomacchine molecolari che svolgono una serie di compiti necessari per mantenerci in vita.

In uno studio innovativo, un team guidato dal professore di fisica della SFU David Sivak ha dimostrato per la prima volta una strategia per manipolare queste macchine per massimizzare l'efficienza e risparmiare energia. La svolta potrebbe avere ramificazioni in diversi campi, compresa la creazione di chip per computer e celle solari più efficienti per la generazione di energia.

Le nanomacchine sono piccole, veramente piccolo, largo pochi miliardesimi di metro, infatti. Sono anche veloci e in grado di svolgere compiti complessi:tutto, dallo spostamento di materiali intorno a una cella, costruire e scomporre molecole, ed elaborare ed esprimere informazioni genetiche.

Le macchine possono svolgere questi compiti consumando notevolmente poca energia, quindi una teoria che predice l'efficienza energetica ci aiuta a capire come funzionano queste macchine microscopiche e cosa va storto quando si guastano, Sivak dice.

Nel laboratorio, I collaboratori sperimentali di Sivak hanno manipolato una forcina del DNA, il cui ripiegamento e dispiegamento imita il movimento meccanico di macchine molecolari più complicate. Come previsto dalla teoria di Sivak, hanno scoperto che la massima efficienza e la minima perdita di energia si verificavano se tiravano rapidamente la forcina quando era piegata, ma lentamente quando era sul punto di aprirsi.

Steven Grande, uno studente laureato in fisica SFU e co-primo autore del documento, spiega che le forcine del DNA (e le nanomacchine) sono così piccole e flosce da essere costantemente spinte da violente collisioni con le molecole circostanti.

"Lasciare che la spinta spieghi la forcina per te è un risparmio di energia e tempo, "Grande dice.

Sivak pensa che il prossimo passo sia applicare la teoria per imparare a guidare una macchina molecolare attraverso il suo ciclo operativo, riducendo l'energia necessaria per farlo.

Così, qual è il vantaggio di rendere le nanomacchine più efficienti? Sivak afferma che le potenziali applicazioni potrebbero cambiare le regole del gioco in una varietà di aree.

"Gli usi potrebbero includere la progettazione di chip per computer e memoria del computer più efficienti (riducendo i requisiti di alimentazione e il calore che emettono), realizzare materiali di energia rinnovabile migliori per processi come la fotosintesi artificiale (aumentando l'energia raccolta dal sole) e migliorare l'autonomia delle macchine biomolecolari per applicazioni biotecnologiche come la somministrazione di farmaci".

Lo studio è stato pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze.