Ilustração de um nanowalker bípede movendo-se como um verme rastejando ao longo de uma trilha. O nanowalker tem duas pernas de DNA de fita única idênticas (mostradas como uma curva de três segmentos colorida em roxo, ciano e cinza sucessivamente). As duas pernas são conectadas por uma ponte de dupla hélice de DNA junto com um componente “motor” (laranja e rosa) que se contrai ou se alonga sob luz ultravioleta ou visível alternada. O caminhante puxa a perna que segue para frente após a contração (como mostrado), e empurra a perna da frente para a frente durante o alongamento. Moléculas fluorescentes (vermelhas, esferas verdes e pretas) amarradas a diferentes posições da pista de caminhada são usadas para detectar o movimento do nanowalker. Crédito:nanoescala
Os físicos do NUS desenvolveram um nanowalker bípede que pode mudar sua maneira de andar e direção ajustando o comprimento de sua passada. Nanowalkers baseados em ácido desoxirribonucléico (DNA) são uma classe de motores moleculares que estão sendo explorados para uma ampla gama de aplicações potenciais em nanoescala. Isso inclui a síntese dependente de sequência automatizada, linhas de montagem em nanoescala e padronização de superfície guiada por walker.
Um nanowalker bípede pode mover-se ao longo de uma trilha nas direções para frente ou para trás usando diferentes tipos de andamentos (maneira de caminhar). Pode adotar uma marcha mão-sobre-mão (HOH) em que as duas pernas do caminhante conduzem alternadamente uma à outra, ou seguir um passo de lagarta (IW) em que uma perna sempre lidera a outra, como um verme rastejante. Para o mesmo nanowalker ser capaz de mudar de direção e ter diferentes tipos de andamentos representa um nível mais alto de controle de movimento nanoscópico que continua sendo um desafio.
Uma equipe liderada pelo Prof Wang Zhisong do Departamento de Física, NUS desenvolveu um nanowalker bípede que pode alternar entre o movimento para a frente e para trás e entre HOH e IW, alterando o tamanho da passada do andador. A trilha na qual o DNA walker "caminha" é feita de uma série periódica de bases de DNA de fita única idênticas separadas por um espaçador de dupla hélice. O tamanho da passada do andador é controlado alterando o comprimento deste espaçador. A equipe de pesquisa descobriu que quando o espaçador é curto, o andador usa uma marcha IW e se move em uma direção da trilha de DNA. Quando o espaçador é alongado, o caminhante se move na direção oposta e muda para uma marcha HOH. Quando o espaçador é mais alongado, o andador continua a ter uma marcha HOH, mas inverte a direção novamente. Essas descobertas mostram que a maneira de caminhar e a direção do movimento do caminhante do DNA podem ser controladas modificando o tamanho da passada, que corresponde ao comprimento do espaçador.
O DNA walker tem duas "pernas" idênticas de fita simples conectadas entre si por uma ponte molecular rígida que pode mudar entre uma estrutura de dupla hélice longa e uma estrutura quadruplex curta sob diferentes condições de iluminação. Alternando entre luz ultravioleta e luz visível, o DNA walker sofre uma extensão e contração reversíveis à medida que muda entre as estruturas de dupla hélice e quádrupla. Devido a uma assimetria no potencial de ligação de suas "pernas" à pista, um movimento de caminhada é criado quando o DNA walker é puxado para frente e para trás.
O professor Wang disse, "Em princípio, tanto o fornecimento de energia quanto o controle do tamanho do espaçador podem ser incorporados à trilha molecular para desenvolver nanowalkers movidos mecanicamente com marcha e direção bem controladas. Isso poderia ser potencialmente implementado pela engenharia das trilhas moleculares usando microscópios de força atômica ou pinças magnéticas / ópticas. "
