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| Los motores rotativos sintéticos a nanoescala realizan trabajo mecánico. |
Por primera vez, los científicos han creado con éxito un motor eléctrico molecular utilizando el método del origami de ADN. El motor está formado por material genético que se ensambla a sí mismo y convierte la energía eléctrica en energía cinética.
Paul Rothemund creó esta técnica en 2006, y el grupo de investigación de la TUM la mejoró posteriormente. El ADN se compone de varias hebras simples y largas que sirven de base para que otras hebras de ADN se unan como contrapartidas. Las secuencias de ADN se eligen para que las hebras unidas y las regiones plegadas den lugar a las estructuras deseadas.
Hendrik Dietz, catedrático de Nanotecnología Biomolecular de la TUM, declaró:
"Llevamos muchos años avanzando en este método de fabricación y ahora podemos desarrollar objetos particulares y complejos, como interruptores moleculares o cuerpos huecos capaces de atrapar virus. Si se ponen en solución las hebras de ADN con las secuencias adecuadas, los objetos se autoensamblan".
El nuevo nanomotor fabricado con material de ADN consta de tres componentes: base, plataforma y brazo rotor. La base tiene unos 40 nanómetros de altura y se fija a una placa de vidrio en solución mediante enlaces químicos en una placa de vidrio. Sobre la base se monta un brazo rotor de hasta 500 nanómetros de longitud para que pueda girar. Otro componente crucial para que el motor funcione como es debido es una plataforma entre la base y el brazo del rotor. Esta plataforma contiene obstáculos que influyen en el movimiento del brazo del rotor. El brazo del rotor debe doblarse un poco hacia arriba para pasar los obstáculos y girar, de forma similar a un trinquete.
Los brazos del rotor del motor se mueven aleatoriamente en una u otra dirección sin suministro de energía. Esto ocurre debido a las colisiones aleatorias con las moléculas del disolvente circundante. Cuando se aplica un voltaje de corriente alterna a través de dos electrodos, los brazos del rotor giran de forma dirigida y continua en una dirección.
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| a, Diferentes vistas de un mapa de densidad de electrones en 3D del bloque motor determinado por medio de crio-EM de una sola partícula (véase también la Fig. 4 de Datos Extendidos y en el Banco de Datos de Microscopía Electrónica (EMDB) bajo el código EMD-14358). b, Detalle del mapa de crio-EM del bloque motor representado en diferentes umbrales de densidad en los que se pueden distinguir los tres obstáculos y el muelle del rotor. En el recuadro, esquema que muestra los seis lugares preferidos para el brazo del rotor. c, Imágenes TEM de tinción negativa de una variante del motor con el brazo largo del rotor acoplado. Barra de escala, 50 nm. d, Ejemplos de imágenes de fluorescencia de una sola partícula. Barra de escala, 500 nm. Las imágenes muestran la desviación estándar de la intensidad media por píxel calculada sobre todos los fotogramas de los vídeos TIRF grabados. e, Imágenes DNA-PAINT que muestran las posiciones de la punta del brazo del rotor en relación con la plataforma triangular. Barra de escala, 500 nm. Crédito: Nature (doi.org/10.1038/s41586-022-04910-y) |
Ramin Golestanian, que dirigió el análisis teórico del mecanismo del motor, declaró: "El nuevo motor tiene unas capacidades mecánicas sin precedentes: Puede alcanzar pares del orden de 10 piconewton por nanómetro. Y puede generar más energía por segundo que cuando se dividen dos moléculas de ATP".
El movimiento dirigido de los motores es el resultado de la superposición de las fuerzas eléctricas con las fuerzas a las que está sometido el brazo del rotor debido a las barreras de trinquete. A través del proceso subyacente se realiza un supuesto "trinquete browniano intermitente". La dirección del campo eléctrico, así como la frecuencia y la amplitud de la tensión alterna, permitieron a los científicos controlar la velocidad y la dirección de la rotación.
Según Dietz, "el nuevo motor también podría tener aplicaciones técnicas en el futuro. Si desarrollamos más el motor, podríamos utilizarlo en el futuro para impulsar reacciones químicas definidas por el usuario, inspiradas en cómo la ATP sintasa produce ATP impulsada por la rotación. Así, por ejemplo, se podrían recubrir superficies con estos motores. Luego se añadirían materiales de partida, se aplicaría un poco de tensión alterna y los motores producirían el compuesto químico deseado".
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente: Universidad Técnica de Múnich