Из ДНК создали нанодвигатель: он совершает пульсирующие движения
Миниатюрное устройство работает как уменьшенный в миллион раз эспандер — силовой тренажер для кисти. Разработка описана в журнале Nature Nanotechnology.Исследователи разработали нанодвигатель с химическим приводом из молекул ДНК, который приводится в движение умным механизмом и совершает пульсирующие движения — сжиматься и разжиматься. Соединенный с другими крошечными компонентами мотор подойдет для создания нанороботов и наномашин.
Двигатель похож на экспандер — тренажер для тренировки силы хвата рук, в котором две ручки соединены пружиной в V-образную конструкцию. Для тренировки ручки соединяют вместе, преодолевая сопротивление пружины. Если отпустить захват, пружина вернет ручки в исходное положение. «Наш двигатель использует похожий принцип. Но ручки не прижимаются друг к другу, а скорее стягиваются», — говорит профессор Майкл Фамулок, соавтор исследования из Боннского университета.
Нанодвигатель состоит из длинных нитей ДНК, включающих почти 14 тыс. нуклеотидов. «Ручки» сформированы из 18 плотно упакованных спиралей, между которыми натянута дополнительная нить ДНК. По ней движется РНК-полимераза, прикрепленная к одной из «ручек», которая копирует хранящуюся информацию букву за буквой.
Копирование притягивает ручки друг к дургу. Ближе к концу в связывающую ручки нить ДНК вставлена терминационная последовательность нуклеотидов, которая сигнализирует полимеразе, что ей следует отпустить ДНК. При этом «пружина» расслабляется и ручки расходятся. После этого процесс повторяется.
В качестве топлива двигатель использует «нуклеотидный суп». У каждого нуклеотида есть небольшой хвостик, состоящий из трёх фосфатных групп — трифосфата. Чтобы присоединить новую «букву» полимераза удаляет две из этих фосфатных групп. При этом высвобождается энергия, которую используется для соединения нуклеотидов.
В экспериментах исследователи показали, что двигатель можно комбинировать с другими наноконструкциями, чтобы создавать сложные движущиеся «машины». Ученые работают над «сцеплением», которое позволит использовать мощность двигателя только в нужные моменты, оставляя мотор работать на холостом ходу в остальное время.