p O comportamento de enxameação de cerca de 100 milhões de máquinas moleculares pode ser controlado pela aplicação de estímulos mecânicos simples, como extensão e contração. Este método pode levar ao desenvolvimento de novas máquinas moleculares de enxame e pequenos dispositivos de economia de energia. p As moléculas de enxame em movimento alinhadas em uma direção, exibiu padrões em ziguezague, ou formou um vórtice respondendo a vários estímulos mecânicos. Eles podem até mesmo autorreparar o padrão de movimento após uma interrupção, de acordo com um estudo conduzido por cientistas da Universidade de Hokkaido.

p Nos últimos anos, muitos cientistas têm feito esforços para miniaturizar máquinas encontradas no mundo macroscópico. Os laureados 2016Nobel em química foram premiados por suas pesquisas excepcionais em máquinas moleculares e design e síntese de nanomáquinas.

p Em estudos anteriores, a equipe de pesquisa liderada pelo professor associado Akira Kakugo da Universidade de Hokkaido desenvolveu máquinas moleculares que consistem em proteínas motoras chamadas cinesinas e microtúbulos, que mostrou vários comportamentos de enxameação. "O enxame é um conceito-chave na robótica moderna. Ele dá às máquinas moleculares novas propriedades, como robustez e flexibilidade que uma máquina individual não pode ter, "diz Akira Kakugo." No entanto, estabelecer uma metodologia para controlar os comportamentos de enxameação tem sido um desafio. "

p No estudo atual publicado em ACS Nano , a equipe usou o mesmo sistema composto por proteínas cinesinas motoras e microtúbulos, ambos submetidos à bioengenharia. As cinesinas são fixadas em uma superfície de substrato de elastômero, e os microtúbulos são autopropelidos nas cinesinas, alimentado pela hidrólise de trifosfato de adenosina (ATP).

p "Uma vez que sabemos que a aplicação de tensão mecânica pode desempenhar um papel fundamental na formação de padrões para matérias ativas, investigamos como a deformação do substrato de elastômero influencia os padrões de enxameação de máquinas moleculares, "diz Akira Kakugo.

p Ao estender e contrair o substrato de elastômero, estimulação mecânica é aplicada a cerca de 100 milhões de microtúbulos que correm na superfície do substrato. Os pesquisadores descobriram pela primeira vez que os microtúbulos formam padrões de onda quando nenhum estresse é aplicado. Quando o substrato é expandido e contraído 1,3 vezes ou mais uma vez, quase todos os 100 milhões de microtúbulos perpendicularmente alinhados ao eixo de expansão e contração, e quando o substrato é expandido e contraído 1,3 vezes ou menos repetidamente, ele criou padrões em ziguezague colocados em direções diagonais.

p Sua simulação de computador sugeriu que os ângulos de orientação dos microtúbulos correspondem à direção para atingir o movimento suave sem empenamento, que é ainda amplificado pela migração coletiva dos microtúbulos.

p Outro achado importante foi que o padrão de movimento dos microtúbulos pode ser modulado pela aplicação de novos estímulos mecânicos e pode ser auto-reparado mesmo se o arranjo dos microtúbulos for perturbado por arranhar uma parte dele.

p "Nossas descobertas podem contribuir para o desenvolvimento de novas máquinas moleculares que realizam movimento coletivo e também podem ajudar no avanço de tecnologias para pequenos dispositivos que economizam energia, "Akira Kakugo comentou.