Bonn Üniversitesi’nden bilim adamları ve Bonn’daki araştırma enstitüsü Caesar, ABD’li meslektaşlarıyla birlikte, rotasyon motorunu oluşturan ve belirli bir yönde hareket edebilen küçük bir makine inşa etmek için nanoyapı kullandılar. Araştırmacılar DNA‘dan dairesel yapılar kullandılar.
Nanomakineler, kimyasal enerjiyle çalışan ve yönlendirilmiş hareketleri gerçekleştirebilen kompleks proteinler ve nükleik asitlerin yapılarını içerir.
Prensip doğadan bilinir: Örneğin bakteriler, bir flagellum kullanarak ileriye doğru hareket ederler. Bonn Üniversitesi, Bonn’daki araştırma enstitüsü Caesar ve Michigan Üniversitesi (ABD) ekibi, DNA nanoyapısından yapılan yapıları kullandı. İki halka bir zincir gibi bağlanır.
Bonn Üniversitesi Yaşam ve Tıp Bilimleri Enstitüsü’nden (LIMES) Prof. Dr. Michael Famulok, “Bir halka bir tekerleğin işlevini yerine getiriyor. Diğeri ise motor enerjisini kullanarak bir motor gibi çalışıyor.” diye açıklıyor.
Küçük araç sadece yaklaşık 30 nanometreyi (milimetrenin milyonda biri) ölçer. “Yakıt“ı, “T7 RNA polimerazı” proteini tarafından sağlanır. Bir motor görevi gören halkaya bağlanan bu enzim, DNA dizisine dayanan bir RNA dizisini sentezler.
DNA halkasının dönme hareketi için bu işlem sırasında açığa çıkan kimyasal enerjiyi kullanır. Famulok’un ekibinden baş yazar Dr. Julián Valero “Rotasyon ilerledikçe, RNA dizisi RNA polimerazından bir iplik gibi büyür.” diyor. Araştırmacılar, küçük bir aracın bir DNA-nanotüp pisti üzerindeki işaretlerini kullanarak, temel olarak bir atık ürün olarak motordan dışarı çıkıntı yapan bu sürekli genişleyen RNA ipliklerini kullanıyorlar.
Test Sürüşü 240 Nanometre
Bu dişe bağlı olarak, tek tekerlekli bisiklet makinesi test sürüşünde yaklaşık 240 nanometre ölçtü. Famulok, “Bu bir ilk oldu” diyor. “Parça istendiği gibi genişletilebilir.”
Bir sonraki adımda, araştırmacılar sadece rotanın uzunluğunu genişletmeyi değil aynı zamanda test pistinde daha karmaşık zorlukları planlamayı amaçlıyorlar.
Yerleşik kavşaklarda, nanomakine hangi yöne gideceğine karar vermelidir. Valero, geleceğe yönelik bir bakış açısıyla “Makinemizin hangi dönüşü yapması gerektiğini önceden belirlemek için yöntemlerimizi kullanabiliriz” diyor.
Elbette, bilim adamları minik aracı çıplak gözle izleyemezler. Bilim adamları nanomakinenin yüzey yapısını tarayan atomik bir kuvvet mikroskobu kullanılarak, kilitli DNA halkalarını görselleştirebildiler. Buna ek olarak, ekip, makinenin “tekerleği” nin gerçekten dönmekte olduğunu göstermek için floresan işaretçileri kullandı.
Nanotüp yolu boyunca floresan “yol işaretleri” nano-unicycle onları geçtiği anda yakar. Buna bağlı olarak, aracın hızı da hesaplanabilir: Tekerleğin bir turu yaklaşık on dakika sürdü. Bu çok hızlı değil, ama yine de araştırmacılar için büyük bir adım. Famulok, “Nanomakine‘yi istenen yönde hareket ettirmek oldukça önemli.” diyor.
Makinenin Bileşenleri Kendi Kendini Organize Eder
Tabii ki, makroskopik makinelerin aksine, nanomakine bir anahtar ile birleştirilmemişti. Yapı, kendi kendini organize etme ilkesine dayanmaktadır. Canlı hücrelerde olduğu gibi, karşılık gelen bileşenler elde edildiğinde istenen yapılar kendiliğinden ortaya çıkar.
Famulok, “Hayali bir bulmaca gibi çalışır,” diye açıklıyor. Her bir bulmaca parçası çok özel ortaklarla etkileşime geçmek için tasarlanmıştır. Bu ortakları tam olarak tek bir kapta bir araya getirdiğinizde, her parçacık partnerini bulur ve istenen yapı otomatik olarak oluşturulur.
Şimdiye kadar, dünya çapında bilim adamları çok sayıda nanomakineler ve nanomotorlar geliştirdi. Ancak Famulok’un ekibi tarafından geliştirilen yöntem tamamen yeni bir prensiptir.
Bilim adamı, “Bu büyük bir adım: Böyle bir şeyi nanometre ölçeğinde güvenilir bir şekilde tasarlamak ve gerçekleştirmek kolay değil,” diyor. Ekibi yakında daha da karmaşık nanomotor sistemleri geliştirmek istiyor.
Famulok “Bu temel bir araştırma. Nereden nereye götüreceğini tam olarak görmek mümkün değil. Biraz hayal gücü ile, olası uygulamalar örneğin moleküler hareketlere dayalı mantıksal işlemleri gerçekleştiren moleküler bilgisayarları içerebilir. Ek olarak, minik makineler ilaçları kan dolaşımından tam olarak ihtiyaç duydukları yere taşıyabilirler. Fakat bunlar hala geleceğin vizyonlarıdır.” diyor.
