Primer nanomotor eléctrico fabricado con material de ADN
Motores rotativos sintéticos a nanoescala realizan trabajos mecánicos
Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha conseguido por primera vez producir un motor eléctrico molecular mediante el método del origami de ADN. La diminuta máquina hecha de material genético se autoensambla y convierte la energía eléctrica en energía cinética. Los nuevos nanomotores pueden encenderse y apagarse, y los investigadores pueden controlar la velocidad y la dirección de rotación.
Representación esquemática del nanomotor.
Anna-Katharina Pumm / TUM
Ya sea en nuestros coches, en los taladros o en los molinillos de café automáticos, los motores nos ayudan a trabajar en nuestra vida cotidiana para realizar una gran variedad de tareas. A una escala mucho más pequeña, los motores moleculares naturales realizan tareas vitales en nuestro cuerpo. Por ejemplo, una proteína motora conocida como ATP sintasa produce la molécula adenosina trifosfato (ATP), que nuestro cuerpo utiliza para el almacenamiento y la transferencia de energía a corto plazo.
Aunque los motores moleculares naturales son esenciales, ha sido bastante difícil recrear motores a esta escala con propiedades mecánicas más o menos similares a las de los motores moleculares naturales como la ATP sintasa. Un equipo de investigación ha construido ahora un motor molecular rotativo a nanoescala que funciona con el método del origami de ADN. El equipo ha sido dirigido por Hendrik Dietz, catedrático de Nanotecnología Biomolecular de la TUM, Friedrich Simmel, catedrático de Física de Sistemas Biológicos Sintéticos de la TUM, y Ramin Golestanian, director del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización.
Un nanomotor autoensamblado
El novedoso motor molecular está formado por ADN, material genético. Los investigadores utilizaron el método del origami de ADN para ensamblar el motor a partir de moléculas de ADN. Este método fue inventado por Paul Rothemund en 2006 y posteriormente desarrollado por el equipo de investigación de la TUM. Varias hebras largas de ADN sirven de base a la que se adhieren otras hebras de ADN como contrapartida. Las secuencias de ADN se seleccionan de tal manera que las hebras y los pliegues unidos crean las estructuras deseadas.
"Llevamos muchos años avanzando en este método de fabricación y ahora podemos desarrollar objetos muy precisos y complejos, como interruptores moleculares o cuerpos huecos que pueden atrapar virus. Si se ponen en solución las hebras de ADN con las secuencias adecuadas, los objetos se autoensamblan", dice Dietz.
El nuevo nanomotor de 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 es crucial para que el motor funcione como está previsto: una plataforma que se encuentra entre la base y el brazo del rotor. Esta plataforma contiene obstáculos que influyen en el movimiento del brazo del rotor. Para pasar los obstáculos y girar, el brazo del rotor debe doblarse un poco hacia arriba, de forma similar a un trinquete.
Movimiento dirigido a través de la tensión de CA
Sin suministro de energía, los brazos del rotor de los motores se mueven aleatoriamente en una u otra dirección, impulsados por colisiones aleatorias con moléculas del disolvente circundante. Sin embargo, en cuanto se aplica una tensión de CA a través de dos electrodos, los brazos del rotor giran de forma dirigida y continua en una dirección.
"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 la que se libera cuando se dividen dos moléculas de ATP", explica Ramin Golestanian, que dirigió el análisis teórico del mecanismo del motor.
El movimiento dirigido de los motores es el resultado de la superposición de las fuerzas eléctricas fluctuantes con las fuerzas que experimenta el brazo del rotor debido a los obstáculos del trinquete. El mecanismo subyacente realiza el llamado "trinquete browniano intermitente". Los investigadores pueden controlar la velocidad y la dirección de la rotación mediante la dirección del campo eléctrico y también mediante la frecuencia y la amplitud de la tensión alterna.
"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 la forma en que la ATP sintasa produce ATP impulsada por la rotación. Así, por ejemplo, se podrían recubrir superficies con estos motores. Entonces se añadirían materiales de partida, se aplicaría un poco de tensión alterna y los motores producirían el compuesto químico deseado", dice Dietz.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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