Блог компании ua-hosting.company. Оригами — это древнее искусство складывать различные фигуры из листов бумаги. В современном же мире бумага является не единственным материалом для складывания. Оригами нашло свое применение и в робототехнике, и в медицине, и в фармакологии. А вот ученые из Техасского университета в Остине (США) использовали технику оригами для создания первых в мире работающих наноэлектромоторов, основой которых является ДНК и нитрид кремния.

Как именно ученые создали ДНК-оригами, как оно работает, и где может найти применение столь необычная технология. Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

В основе любой активной механической системы лежит двигатель, который преобразует один вид энергии, обычно химическую или электрическую, в механическую. В биологических системах такую работу выполняют моторные белки, такие как кинезин, мотор бактериальных жгутиков и FoF1-АТФ-синтазы. В последнем электрохимическая потенциальная энергия ионов преобразуется в механическое вращательное движение мотора Fo, который приводит в движение вращающийся комплекс F1, катализирующий синтез АТФ. АТФ (от аденозинтрифосфат) — нуклеозидтрифосфат, играющий основную роль в обмене энергии в клетках живых организмов.

Важнейшим шагом в создании наноразмерных роторных двигателей является их способность непрерывно и автономно преобразовывать локальную свободную энергию в механическое движение и полезную работу. Моделирование молекулярной динамики (MD от molecular dynamics) показало концептуальную возможность использования спирали ДНК для преобразования электрического поля в крутящий момент. Однако экспериментальная демонстрация вращательного механизма, запрограммированного на устойчивое преобразование трансмембранного электрического потенциала в механическое вращение, пока не была достигнута.

В рассматриваемом нами сегодня исследовании ученые демонстрируют ДНК-нанотурбину, которая приводится в действие наномасштабным гидродинамическим потоком внутри нанопоры. Он содержит центральную ось, оснащенную тремя лопастями, расположенными в хиральной конфигурации, левосторонними или правосторонними. Высота турбины составляет 24 или 27 нм, что сопоставимо с высотой АТФ-синтазы (20 нм). Статор турбины представляет собой твердотельную нанопору в мембране из нитрида кремния толщиной 20 нм. Используя флуоресценцию одиночных молекул, ученые контролировали вращение нанотурбины, приводящее в движение либо напряжение постоянного тока (DC от direct current), либо трансмембранный ионный градиент, который имитирует рабочую среду ротационных двигателей в биологических клетках. Нанотурбина может преобразовывать гидродинамическую нагрузку в устойчивое вращательное движение со скоростью до 10 оборотов в секунду.