Inicio > Prensa > Primer nanomotor eléctrico fabricado con material de ADN: motores rotativos sintéticos a nanoescala realizan trabajo mecánico
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| Imagen: Anna-Katharina Pumm / TUM |
Resumen:
Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Técnica de Munich (TUM) logró por primera vez producir un motor eléctrico molecular utilizando el método del origami de ADN. La diminuta máquina hecha de material genético se ensambla y convierte la energía eléctrica en energía cinética. Los nuevos nanomotores se pueden encender y apagar, y los investigadores pueden controlar la velocidad y la dirección de rotación.
Primer nanomotor eléctrico hecho de material de ADN: motores rotativos sintéticos a nanoescala realizan trabajo mecánico
Múnich, Alemania | Publicado el 22 de julio de 2022
Ya sea en nuestros automóviles, taladros o molinillos de café, los motores nos ayudan en la vida cotidiana para hacer frente a una amplia variedad de tareas. En una escala mucho más pequeña, los motores moleculares naturales realizan funciones vitales en nuestros cuerpos. Por ejemplo, una proteína motora llamada ATP sintasa produce la molécula trifosfato de adenosina (ATP), que nuestros cuerpos utilizan para almacenar y transferir energía a corto plazo.
Si bien los motores moleculares naturales son esenciales, ha sido bastante difícil replicar motores de esta escala con propiedades mecánicas que se parezcan aproximadamente a las de los motores moleculares naturales como la ATP sintasa. Ahora, un equipo de investigación ha construido un motor rotativo molecular a nanoescala que funciona utilizando el método de origami de ADN. El equipo estuvo dirigido por Hendrik Dietz, Profesor de Nanotecnología Biomolecular en TUM, Friedrich Simmel, Profesor de Física de Sistemas Biológicos Sintéticos en TUM, y Ramin Golestanian, Director del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización.
Un nanomotor autoensamblado
El nuevo motor molecular consiste en ADN – material genético. Los investigadores utilizaron el método de origami de ADN para ensamblar el motor a partir de moléculas de ADN. Este método fue inventado por Paul Rothemund en 2006 y luego desarrollado por el equipo de investigación de TUM. Varias hebras largas de ADN sirven como base a las que se unen otras hebras de ADN como contrapartes. Las secuencias de ADN se eligen de modo que las hebras y los pliegues unidos creen las estructuras deseadas.
“Hemos avanzado en este método de fabricación durante muchos años y ahora podemos desarrollar objetos muy precisos y complejos, como interruptores moleculares o cuerpos huecos que pueden capturar virus. Si se disuelven las hebras de ADN con las secuencias correctas, se crean los objetos. «Ensámblelos usted mismo», dice Dietz.
El nuevo nanomotor fabricado con material de ADN consta de tres componentes: base, plataforma y brazo de rotor. La base tiene una altura de unos 40 nanómetros y se fija en solución sobre una placa de vidrio mediante enlaces químicos sobre una placa de vidrio. Un brazo de rotor de hasta 500 nanómetros de largo está montado de forma giratoria en la base. Otro componente es fundamental para que el motor funcione según lo diseñado: una plataforma que se encuentra entre la base y el brazo del rotor. Esta plataforma contiene obstáculos que afectan el movimiento del brazo del rotor. Para pasar los obstáculos y girar, el brazo del rotor tiene que doblarse un poco hacia arriba, como un trinquete.
Movimiento dirigido a través del voltaje de CA
Sin entrada de energía, los brazos del rotor de los motores se mueven aleatoriamente en una dirección u otra, impulsados por colisiones aleatorias con moléculas del solvente circundante. Sin embargo, tan pronto como se aplica voltaje de CA a través de dos electrodos, los brazos del rotor giran de manera dirigida y continua en una dirección.
“El nuevo motor tiene capacidades mecánicas incomparables: puede alcanzar pares en el rango de 10 piconewtons por nanómetros. Y puede generar más energía por segundo que la que se libera al dividir dos moléculas de ATP”, explica Ramin Golestanian, quien dirigió el análisis teórico del mecanismo del motor.
El movimiento dirigido de los motores resulta de una superposición de las fuerzas eléctricas fluctuantes con las fuerzas experimentadas por el brazo del rotor debido a los obstáculos de trinquete. El mecanismo subyacente implementa el llamado «trinquete browniano intermitente». Los investigadores pueden controlar la velocidad y la dirección de rotación mediante la dirección del campo eléctrico y la frecuencia y amplitud de la tensión alterna.
“El nuevo motor también podría encontrar aplicaciones técnicas en el futuro. A medida que continuamos desarrollando el motor, podríamos usarlo potencialmente en el futuro para impulsar reacciones químicas personalizadas inspiradas en cómo la ATP sintasa produce ATP alimentado por rotación. Entonces, por ejemplo, las superficies con dichos motores podrían recubrirse densamente. Luego agrega materias primas, aplica un pequeño voltaje de CA y los motores producen el compuesto químico deseado”, dice Dietz.
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Stefanie Reiffert
Universidad Técnica de Múnich (TUM)
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