Вдохновленный наномашинами природы – такими как фермент синтаза ATP и управляемые двигателем кнуты бактерий – физики в лаборатории профессора Хендрика Дица в ЖИВОТЕ продолжают расширять свой собственный репертуар проектирования и строительства. Они систематически разрабатывали правила и процедуры создания самособранных структур оригами ДНК с еще большей гибкостью и контролем. Перемещаясь от пары оснований ДНК, соответствующей к дополнительным к форме строительным методам – со множеством взаимосвязанных «кирпичей» – набор инструментов исследователей постоянно продвигался в направлении программирования более высокого уровня и модульного собрания.
В ногу с этим прогрессом они заточили методы, должен был проверить, например, что конкретный суп наночастиц действительно заполнен копиями того, что они проектировали: ли переключаемый механизм, искусственный мембранный канал, произвольно сложный испытательный объект, «нанокнига», которая открывается и закрывается, или число робота подвижными руками.Два новых дополнения к зоопаркуПоследние дополнения к зоопарку лаборатории объектов оригами ДНК, двух крошечных 3D машин с подвижными частями, демонстрируют новые возможности.Докторанты Филип Кеттерер и Елена Виллнер сотрудничали с Дицем в строительстве rotory механизма от трех многослойных стандартных блоков ДНК: единица ротора, с телом примерно 32 миллимикрона длиной и более длительным, подобным рычагу расширением; и два элемента зажима, которые «щелкают» вместе, чтобы сформировать отношение оси.
Части присоединяются с трудной подгонкой и отпуском всего к 2 миллимикронам игры вокруг оси, позволяя ротору качаться, но не колебаться. В одном варианте рука будет вращаться свободно между случайными пунктами остановки; в другом это будет жить в указанных положениях, которые исследователи называют состыковывающимися местами.
До настоящего времени это – самая сложная ротационная структура, понятая, используя методы оригами ДНК.Чтобы быть ясным, у ротора нет двигателя: Это продвигается Броуновским движением, случайным движением частиц в решении.
Демонстрируя выполнимость строительства такой машины, однако, исследователи открывают путь к активным элементам под химической или тепловой властью и контролем. «Это похоже построивший двигатель», говорит Диц. «Теперь свечи зажигания и горючее топливо – следующие пункты в списке текущих дел».В отдельном проекте Диц и докторант Йонас Функе создали шарнирную машину в масштабе, подходящем для управления отдельными молекулами с атомной точностью. Углом между двумя главными структурными элементами захвата можно управлять с ДНК helices. Эксперименты с этим устройством расположения оригами ДНК показали, что это могло быть способно к точно помещающим молекулам, регулируя расстояние между ними в шагах, столь же маленьких как радиус водородного атома.
Эта работа значительная в этом, она противится тенденции в области к строительству более крупных устройств оригами ДНК, обязательно не раздвигая границы точности. Кроме того, результаты намекают на один из способов, которыми наномашины ДНК могли бы когда-нибудь быть полезными, чтобы управлять химическими реакциями.
«С одной стороны», Диц говорит, «мы теперь действительно доверяем точности размещения в наших структурах – потому что мы на самом деле поместили две молекулы и контролировали их расстояние с атомной точностью. С другой стороны, у нас есть теперь механизм ротации прототипа. На основе наших измерений его подвижность такова, что это могло сделать до 50 000 об/мин, если бы каждый ротационный шаг, который это сделало, пошел бы только в одном направлении.
В следующем поколении устройств мы будем использовать точность размещения, чтобы соединить химические реакции с движениями ротора. У этого есть потенциал, чтобы привести к двигателю.
Это устройство, тогда, могло использоваться для всех видов целей, таких как активное продвижение наноразмерных транспортных средств доставки лекарственных средств, перекачка и отделение молекул через барьеры или упаковочных молекул в грузовые отделения».