Un team di ricercatori della Technical University di Monaco (TUM) ha creato il primo motore elettrico molecolare nanometrico utilizzando del DNA, manipolato come se fosse un origami. Ecco i dettagli di questo innovativo risultato.
Il motore ‘origami’ fatto di DNA
Nel mondo microscopico e nanometrico esistono già una serie di motori molecolari naturali, alcuni di questi proprio nei nostri copri. Ad esempio, la proteina ATP sintasi produce la molecola ATP, fondamentale per la conservazione a breve termine e il trasporto di energia nel nostro corpo. Produrre sinteticamente questo tipo di motori è pero molto difficile.
Questa nuova ricerca ci è riuscita, creando un rotore a partire dalle componenti del DNA. Questi “pezzi”, gli stessi che compongono il materiale genetico, sono stati assemblati utilizzando un metodo sviluppato nel 2006 ispirato agli origami. Usando diversi filamenti di DNA, con una serie ben precisa di nucleotidi, i ricercatori sono riusciti a farli piegare autonomamente nella forma desiderata.
Il motore è composto da tre parti: una base, una piattaforma e il braccio rotante. La base è alta circa 40 nanometri, ed è fissata su una superficie di vetro tramite un legame chimico. Il rotore è lungo 500 nanometri, ed è montato sulla base. La piattaforma, che sta tra la base e il braccio, contiene degli ostacoli, fondamentali per influenzare il movimento del braccio. Per superarli il braccio deve infatti piegarsi leggermente verso l’alto, in un meccanismo noto come cricchetto browniano flashing.
Un vero motore elettrico
Quando non è alimentato, il motore si muove autonomamente in maniera casuale, a causa delle collisioni con le molecole circostanti. Applicando una tensione alternata attraverso due elettrodi immersi nella soluzione in cui è contenuto il motore è però possibile controllarlo, facendolo girare continuativamente in una direzione. Cambiando la frequenza di oscillazione e l’ampiezza della tensione è possibile cambiare la velocità e la direzione di rotazione.
I risultati sono molto promettenti. I ricercatori hanno calcolato una forza di torsione di circa 10 piconetwon per nanometro. Può inoltre generare più energia al secondo di quando vengono separate tra di loro due molecole di ATP.
I ricercatori guardano già al futuro, con la possibilità di usare questi motori per guidare reazioni chimiche specifiche, in maniera simile all’ATP sintasi, che crea ATP ruotando. Una nuova frontiera della chimica che non vediamo l’ora di vedere.
- Brown, Terry A. (Autore)
- Nelson, David L. (Autore)