Мініатюрний пристрій працює як зменшений в мільйон разів еспандер — силовий тренажер для кисті. Розробка описана в журналі Nature Nanotechnology.
Дослідники розробили нанодвигун з хімічним приводом з молекул ДНК, який приводиться в рух розумним механізмом і здійснює пульсуючі руху — стискатися і розтискатися. З’єднаний з іншими крихітними компонентами мотор підійде для створення нанороботів і наномашин.
Двигун схожий на експандер — тренажер для тренування сили хвата рук, в якому дві ручки з’єднані пружиною в V-образну конструкцію. Для тренування ручки з’єднують разом, долаючи опір пружини. Якщо відпустити захоплення, пружина поверне ручки в початкове положення. «Наш двигун використовує схожий принцип. Але ручки не притискаються один до одного, а скоріше стягуються», — говорить професор Майкл Фамулок, співавтор дослідження з Боннського університету.
Конструкція ДНК-нанодвигуна. Синя точка показує РНК-полімеразу. Зображення: Mathias Centola et al., Nature Nanotechnology
Нанодвигун складається з довгих ниток ДНК, що включають майже 14 тис. нуклеотидів. «Ручки» сформовані з 18 щільно упакованих спіралей, між якими натягнута додаткова нитка ДНК. За нею рухається РНК-полімераза, прикріплена до однієї з «ручок», яка копіює інформацію, що зберігається, букву за буквою.
Копіювання притягує ручки один до одної. Ближче до кінця в нитку, яка звязує ручки ДНК вставлена термінаційна послідовність нуклеотидів, яка сигналізує полімеразі, що їй слід відпустити ДНК. При цьому «пружина» розслабляється і ручки розходяться. Після цього процес повторюється.
Ілюстрація принципу роботи двигуна і фотографії під мікроскопом. Зображення: Mathias Centola et al., Nature Nanotechnology
Як паливо двигун використовує «нуклеотидний суп». У кожного нуклеотиду є невеликий хвостик, що складається з трьох фосфатних груп — трифосфату. Щоб приєднати нову «букву» полімераза видаляє дві з цих фосфатних груп. При цьому вивільняється енергія, яку використовується для з’єднання нуклеотидів.
В експериментах дослідники показали, що двигун можна комбінувати з іншими наноконструкціями, щоб створювати складні рухомі «машини». Вчені працюють над «зчепленням», яке дозволить використовувати потужність двигуна тільки в потрібні моменти, залишаючи мотор працювати на холостому ходу в інший час.