ساخت یک موتور مولکولی چرخشی با کمک DNA

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه صنعتی مونیخ (TUM) با استفاده از روش اوریگامی DNA موتور الکتریکی مولکولی تولید کرده است. این موتور مولکولی خود به خود جمع می‌شود و انرژی الکتریکی را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کند. این نانوموتور‌های جدید می‌توانند روشن و خاموش شوند و محققان قادراند سرعت چرخش و جهت چرخش را کنترل کنند.

محققان از روش اوریگامی DNA برای مونتاژ کردن موتور از مولکول‌های DNA استفاده کردند. در این فناوری چندین رشته منفرد از DNA به‌عنوان پایه عمل می‌کنند که رشته‌های DNA اضافی خود را به عنوان پره به آن متصل می‌کنند. توالی‌های DNA به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که رشته‌ها و چین‌های متصل ساختار‌های مورد نظر را ایجاد کنند.

نانوموتور جدید ساخته شده از DNA از سه جزء پایه، سکو و بازوی روتور تشکیل شده است. این پایه تقریباً ۴۰ نانومتر ارتفاع دارد و از طریق پیوند‌های شیمیایی روی یک صفحه شیشه‌ای ثابت می‌شود. یک بازوی روتور به طول حداکثر ۵۰۰ نانومتر بر روی پایه نصب شده است تا بتواند بچرخد. یکی دیگر از اجزای برای کارکرد موتور سکویی است که بین پایه و بازوی روتور قرار دارد. این سکو بر حرکت بازوی روتور تأثیر می‌گذارد. برای عبور از موانع و چرخش، بازوی روتور باید کمی به سمت بالا خم شود.

بدون منبع انرژی، بازو‌های چرخنده موتور به‌طور تصادفی در یک جهت یا جهت دیگر حرکت می‌کنند، که ناشی از برخورد تصادفی با مولکول‌های حلال اطراف است. با این حال، به محض اعمال ولتاژ AC از طریق دو الکترود، بازو‌های روتور به صورت هدفمند و پیوسته در یک جهت می‌چرخند.

رامین گلستانیان توضیح می‌دهد: «این موتور جدید قابلیت‌های مکانیکی بی‌سابقه‌ای دارد. می‌تواند به گشتاور‌هایی در محدوده ۱۰ پیکونیوتن برابر نانومتر دست یابد. می‌تواند انرژی بیشتری در هر ثانیه نسبت به آنچه که هنگام تقسیم دو مولکول ATP آزاد می‌شود، تولید کند.»

محققان می‌توانند سرعت و جهت چرخش را از طریق جهت میدان الکتریکی و همچنین از طریق فرکانس و دامنه ولتاژ AC کنترل کنند. این موتور جدید همچنین می‌تواند کاربرد‌های فنی در آینده داشته باشد.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان A DNA origami rotary ratchet motor در نشریه Nature به چاپ رسیده است.