با همكاری دانشمند ایرانی محقق شد

ساخت اولین نانوموتور مولکولی با بهره گیری از مواد ژنتیکی

ساخت اولین نانوموتور مولکولی با بهره گیری از مواد ژنتیکی

بی دانلود: پژوهشگران آلمانی با همکاری ˮرامین گلستانیانˮ، دانشمند ایرانی موفق شده اند نوعی نانوموتور مولکولی ابداع کنند که از ماده ژنتیکی DNA تولید شده است.


به گزارش بی دانلود به نقل از ایسنا و به نقل از نانو مگزین، یک گروه پژوهشی به سرپرستی "دانشگاه فنی مونیخ"(TUM) با همکاری "رامین گلستانیان"(Ramin Golestanian)، مدیر "موسسه پویایی و خودسازماندهی ماکس پلانک"(Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization)، برای اولین بار موفق شده اند یک موتور مولکولی را با بهره گیری از "روش اوریگامی دی ان ای"(DNA origami) ابداع کنند. این ماشین کوچک که از مواد ژنتیکی تولید شده است، خودبه خود سرهم بندی می شود و انرژی الکتریکی را به انرژی جنبشی تبدیل می کند. این نانوموتورهای جدید قابل روشن و خاموش کردن هستند و پژوهشگران می توانند سرعت و جهت چرخش آنها را کنترل کنند.
موتورهایی که در دستگاه هایی مانند مته ها یا آسیاب های خودکار قهوه تعبیه شده اند، به ما کمک می کنند تا کارهای روزمره را برای اهداف مختلفی انجام دهیم. موتورهای مولکولی طبیعی در مقیاس بسیار کوچک تر، وظایف حیاتی را در بدن ما انجام می دهند. به عنوان مثال، یک پروتئین حرکتی به نام "ای تی پی سنتاز"(ATP synthase)، مولکول "آدنوزین تری فسفات"(ATP) را تولید می کند که بدن ما آنرا برای ذخیره و انتقال کوتاه مدت انرژی به کار می برد.
بااینکه موتورهای مولکولی طبیعی، ضروری هستند اما تولید موتورهایی در این مقیاس با خواص مکانیکی حدودا مشابه موتورهای مولکولی طبیعی مانند ای تی پی سنتاز، بسیار دشوار بوده است. گروه پژوهشی دانشگاه فنی مونیخ حالا یک موتور مولکولی در مقیاس نانو را با بهره گیری از روش اوریگامی DNA ساخته اند.

یک نانوموتور با توانایی سرهم بندی خودکار
این موتور مولکولی جدید، از ماده ژنتیکی DNA تولید شده است. پژوهشگران، روش اوریگامی DNA را به کار بردند تا به سرهم بندی موتور با بهره گیری از مولکول های DNA بپردازند. این روش توسط "پل روتموند"(Paul Rothemund) در سال ۲۰۰۶ ابداع شد و بعدها توسط گروه پژوهشی دانشگاه فنی مونیخ توسعه یافت. در این روش، چندین رشته طولانی DNA به عنوان پایه عمل می کنند و رشته های DNA اضافی به آنها متصل می شوند. توالی های DNA به شکلی انتخاب می شوند که رشته ها و چین های متصل، ساختارهای مورد نظر را ایجاد کنند.
"هندریک دیتز"(Hendrik Dietz)، استاد نانوفناوری دانشگاه فنی مونیخ و از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: ما سال هاست که این روش ساخت را پیش برده ایم و الان می توانیم اجسام بسیار دقیق و پیچیده ای مانند سوئیچ های مولکولی یا اجسام توخالی را بسازیم که می توانند ویروس ها را به دام بیندازند. اگر رشته های DNA را با توالی های مناسب در محلول قرار دهید، آنها خودبه خود سرهم بندی می شوند.
نانوموتور جدید تولید شده از ماده DNA، از سه جزء پایه، پلت فرم و بازوی روتور تشکیل شده است. پایه حدودا ۴۰ نانومتر ارتفاع دارد و بوسیله پیوندهای شیمیایی روی یک صفحه شیشه ای محکم می شود. یک بازوی روتور به طول حداکثر ۵۰۰ نانومتر روی پایه نصب شده است تا بتواند بچرخد. یکی دیگر از اجزای بسیار مهم برای موتور، پلتفرمی است که بین پایه و بازوی روتور قرار دارد. این پلت فرم شامل موانعی است که بر حرکت بازوی روتور تأثیر می گذارند. بازوی روتور برای عبور از موانع و چرخش باید کمی به سمت بالا خم شود.

حرکات هدفمند بواسطه جریان متناوب
بدون منبع انرژی، بازوهای روتور بطور تصادفی در یک جهت یا جهت های دیگر حرکت می کنند که ناشی از برخورد تصادفی با مولکول های اطراف است. با این وجود، بمحض اعمال ولتاژ جریان متناوب بوسیله دو الکترود، بازوهای روتور بصورت هدفمند و پیوسته در یک جهت می چرخند.
گلستانیان اظهار داشت: این موتور جدید دارای قابلیت های مکانیکی بی سابقه ای است. این موتور می تواند نیروی چرخشی حدود ۱۰ پیکونیوتن به دست آورد و در هر ثانیه، انرژی بیشتری را نسبت به آنچه هنگام تقسیم دو مولکول ای تی پی آزاد می شود، تولید نماید.
حرکت هدفمند موتورها ناشی از برهم نهی نیروهای الکتریکی در نوسان با نیروهایی است که بازوی روتور به سبب وجود موانع، آنها را تجربه می کند. پژوهشگران می توانند سرعت و جهت چرخش را باتوجه به جهت میدان الکتریکی و همچنین، بوسیله فرکانس و دامنه ولتاژ جریان متناوب کنترل کنند.
دیتز اظهار داشت: این موتور جدید می تواند در آینده کاربردهای فنی نیز داشته باشد. اگر موتور را بیشتر توسعه دهیم، احتمالاً می توانیم در آینده از آن برای تحریک واکنش های شیمیایی استفاده نمائیم. به عنوان مثال، سطوح را می توان با چنین موتورهایی پوشش داد؛ سپس مواد اولیه را اضافه کرد و کمی ولتاژ متناوب به کار گرفت تا موتورها ترکیب شیمیایی مورد نظر را تولید کنند.
این پژوهش، در مجله "Nature" به چاپ رسید.




منبع:

1401/05/02
23:03:41
0.0 / 5
77
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۸ بعلاوه ۵