Разработан нанодвигатель, использующий технологию ДНК-оригами

Новости МирТесен

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – сложная биомолекула, обладающая исключительными характеристиками и выполняющая разнообразные задачи. Благодаря научным достижениям человек расширил ее потенциал за счет искусственных конструкций, а теперь к ним присоединился наномеханизм, созданный с использованием методики ДНК-оригами и способный к автономной сборке.

ДНК, или дезоксирибонуклеиноваяНуклеиновая кислота – одна из важнейших биомолекул, задача которой состоит в сохранении и воспроизведении генетического кода. Тем не менее, ее реальные функции значительно шире, разнообразны: Дезоксирибонуклеиновая кислота обладает активной ролью в контроле активности генов, способна модифицировать свою организацию и формировать связи с протеинами.

Более того, исследователи и разработчики расширили функциональность молекулы ДНК, наделив её дополнительными, сконструированными свойствами. К примеру, ей удалось обеспечить катализ химических процессов (ДНК-ферменты), а также служить носителем цифровых данных (технология «ДНК- флешки») или служить фундаментом для создания широкого спектра разнообразных, гибких и в то же время устойчивых наноструктур.

Речь идет о так называемых ДНК-оригами: данная нанотехнология дает возможность создавать большое количество специфических молекул, соединяющихся друг с другом по определенному принципу комплементарности и в итоге самопроизвольно образуют сложные агрегаты. Цепочки ДНК подлиннее в этом случае служат основой, к которой присоединяются короткие молекулы.

Технологии существуют уже более 15 лет и позволили получить ряд уникальных объектов, включая впечатляющие наноструктуры и действенные препараты для адресной доставки лекарственных средств.

В ходе эволюционного развития возникло большое разнообразие природных наномашин — это белки, которые выполняют роль молекулярных машин вроде АТФсинтазы, использующей своеобразную «карусель» для осуществления преобразования разности электрических потенциалов через биомембрану в энергию химической связи. Другим примером являются «белки-протопторы», подобные кинезину, которые способны перемещаться по микротрубочкам с определённой направленностью и транспортировать необходимые вещества.

Производство подобных искусственных молекулярных двигателей традиционными способами представляет собой сложную задачу, поэтому авторы новой статьи в Nature прибегли к биоинженерии и ДНК-оригами.

«На протяжении многих лет мы совершенствовали эту технологию сборки, и теперь способны создавать сложные объекты с высокой точностью, например, молекулярные переключатели или полые контейнеры, предназначенные для улавливания вирусных частиц. При наличии цепей ДНК с требуемой последовательностью, эти объекты будут собираться самостоятельно», — пояснилГенрих Дитц (Hendrik Dietz), возглавляющий недавнее исследование из Мюнхенского университета (ФРГ).

Описаны технические характеристики нанодвигателя, который включает в себя основание, платформу и роторный рычаг. Высота основания составляет приблизительно 40 нанометров и оно химически закреплено на стеклянной подложке. Роторный рычаг, длиной около 500 нанометров, подвижно соединен с основанием. Между ними размещена платформа с перегородками, которые ограничивают перемещение рычага, что приводит к его деформации во время поворота. Фактически, это представляет собой молекулярный храповик.

Движение обеспечивается непостоянными электрическими воздействиями на ДНК-двигатель. Разработчики утверждают, что потенциал этого устройства является уникальным: максимальный крутящий момент достигает десяти пиконьютон на каждый нанометр длины рычага. Возможность активации и деактивации наномотора существует, а также регулирование его скорости вращения и направления.

Исследователи уверены в широком спектре практического применения созданного из ДНК-оригами молекулярного двигателя, включая возможность осуществления контролируемых химических процессов.