p (Phys.org) - Pela primeira vez, pesquisadores demonstraram um nanomotor de DNA que pode "andar" ao longo de uma trilha com movimento sustentável. O nanomotor também tem a maior eficiência de combustível para qualquer tipo de nanomotor ambulante, ou "nanowalker, "relatado até o momento, usando aproximadamente uma molécula de combustível por etapa. p Pesquisadores Meihan Liu et al. da National University of Singapore publicou um artigo sobre o nanowalker de DNA em uma edição recente da ACS Nano .

p O minúsculo motor ilustra como efeitos puramente físicos podem permitir a coleta eficiente de energia química no nível de uma única molécula. Operando com energia química, o novo motor funciona de maneira completamente diferente de qualquer motor macroscópico, e traz os pesquisadores um passo mais perto de replicar os biomotores altamente eficientes que transportam cargas em células vivas.

p Uma característica importante do novo nanowalker é que, como biomotores em células vivas, é uma enzima. Isso significa que ele ajuda a iniciar a reação química produtora de combustível que gera seu movimento sem mudar permanentemente a si mesmo ou sua trilha. Esta característica permite repetir, movimento sustentável, o que não foi alcançado por nenhum nanowalker sintético quimicamente alimentado até agora. A maioria dos outros nanowalkers têm sido "motores de ponte de combustão, "o que significa que não são enzimas, mas, em vez disso, consomem seus rastros como combustível.

p Criar nanowalkers enzimáticos é muito desafiador, e assim o progresso nesta área tem sido relativamente lento nos últimos anos. A única outra demonstração de um andador enzimático foi em 2009, quando os pesquisadores projetaram um nanowalker que, apesar de ser enzimático, não pode alcançar um movimento sustentável porque sua esteira se enrola com o tempo e, eventualmente, para o motor. Este nanowalker usa mais de duas moléculas de combustível por etapa, e estudos desde então sugeriram que duas moléculas de combustível por etapa é um limite geral para nanomotores enzimáticos.

p Com sua capacidade de movimento sustentável e eficiência de combustível de aproximadamente uma molécula por etapa, o novo nanowalker representa um salto de progresso nesta área.

p A chave para essa conquista foi encontrar um mecanismo físico para coletar com eficiência a energia química no nível de uma única molécula. Esse mecanismo consiste em três "portas quimomecânicas" que basicamente garantem que o nanowalker ande sempre pegando a perna de trás e não a da frente.

p Para fazer isso, essas portas controlam fisicamente a ordem em que os produtos são liberados na reação química que impulsiona o nanowalker para frente. Como resultado, a perna traseira do nanowalker de DNA se dissocia da trilha primeiro e dá um passo à frente antes que a perna dianteira se dissocie. Então, quando a perna da frente se torna a perna de trás, essa perna dá um passo à frente, e o ciclo de caminhada se repete. A dissociação de cada perna ocorre quando uma enzima "corta" uma molécula de combustível que está ligada à perna, de modo que uma molécula é tudo o que é necessário para dar um passo. Usando um microscópio de fluorescência, os pesquisadores observaram que o nanowalker de 20 nm de comprimento pode se mover a velocidades de até 3 nm por minuto.

p Como explicam os pesquisadores, o mecanismo de controle do produto é exclusivo para nanomotores alimentados quimicamente. Não é usado por outros tipos de nanomotores, tais como aqueles impulsionados por luz ou campos elétricos / magnéticos, nem por motores macroscópicos, que normalmente queimam uma grande quantidade de moléculas de combustível para gerar calor, e então usar o calor para gerar movimento para produzir trabalho.

p O controle do produto é, Contudo, usado nos biomotores bípedes dentro das células vivas, que consomem ATP (trifosfato de adenosina) como combustível. Quando a molécula menor de fosfato no ATP é liberada antes da molécula maior de ADP (difosfato de adenosina), o biomotor se move em uma direção; quando os produtos são lançados na ordem oposta, o biomotor se move na direção oposta.

p Como o novo nanowalker é uma rara demonstração de controle de produto em um motor sintético, os pesquisadores esperam que ele guie o desenvolvimento futuro de nanomotores com energia química em direção ao objetivo final de replicar o transporte altamente eficiente exibido nas células vivas. Um possível próximo passo nesta área é fabricar um trem de nanowalkers para demonstrar o transporte coletivo, que é uma característica comum dos biomotores. Esses nanomotores podem levar a várias novas aplicações.

p "Os nanowalkers enzimáticos são um elemento-chave para replicar o autônomo, transporte intracelular repetível e eficiente, "co-autor Zhisong Wang, um físico da Universidade Nacional de Cingapura, contado Phys.org . "Esta capacidade é importante porque leva a uma variedade de aplicações nanotecnológicas, como a entrega de drogas montada em motor onde quer que a trilha conduza, até resolução em nanoescala para localização; detecção e transdução de sinal (por captura e concentração de agentes químicos); síntese automatizada de várias etapas e linhas de montagem em nanoescala; e conversação de energia para tecnologia de energia. " p © 2016 Phys.org