Junto con colegas de EE. UU., Científicos de la Universidad de Bonn y el instituto de investigación Caesar en Bonn han utilizado nanoestructuras para construir una pequeña máquina que constituye un motor rotatorio y puede moverse en una dirección específica. Los investigadores utilizaron estructuras circulares de ADN. Los resultados ahora se presentarán en la revista. Nanotecnología de la naturaleza .

Las nanomáquinas incluyen estructuras de proteínas complejas y ácidos nucleicos que funcionan con energía química y pueden realizar movimientos dirigidos. El principio se conoce de la naturaleza:bacterias, por ejemplo, impulsarse hacia adelante usando un flagelo. El equipo de la Universidad de Bonn, el instituto de investigación Caesar en Bonn y la Universidad de Michigan (EE. UU.) utilizaron estructuras hechas de nanorings de ADN. Los dos anillos están unidos como una cadena. "Un anillo cumple la función de una rueda, el otro lo impulsa como un motor con la ayuda de energía química, "explica el Prof. Dr. Michael Famulok del Instituto de Ciencias Médicas y de la Vida (LIMES) de la Universidad de Bonn.

El diminuto vehículo mide solo unos 30 nanómetros (millonésimas de milímetro). El "combustible" lo proporciona la proteína T7 ARN polimerasa. Acoplado al anillo que hace las veces de motor, esta enzima sintetiza una hebra de ARN basada en la secuencia de ADN y utiliza la energía química liberada durante este proceso para el movimiento de rotación del anillo de ADN. "A medida que avanza la rotación, la hebra de ARN crece como un hilo de la ARN polimerasa, "informa el autor principal, el Dr. Julián Valero, del equipo de Famulok. Los investigadores están utilizando este hilo de ARN en constante expansión, que básicamente sobresale del motor como un producto de desecho, para mantener el pequeño vehículo en su curso mediante el uso de marcas en una pista de nanotubos de ADN.

Adjunto a este hilo, la máquina monociclo cubrió unos 240 nanómetros en su prueba de manejo. "Ese fue el primer intento, ", dice Famulok." La pista se puede ampliar según se desee ". En el siguiente paso, los investigadores no solo tienen como objetivo ampliar la longitud de la ruta, pero también planifique desafíos más complejos en la pista de pruebas. En uniones integradas, la nanomáquina debería decidir qué camino tomar. "Podemos usar nuestros métodos para predeterminar qué giro debe tomar la máquina, "dice Valero con miras al futuro.

Por supuesto, los científicos no pueden observar el funcionamiento del diminuto vehículo a simple vista. Mediante el uso de un microscopio de fuerza atómica que escaneó la estructura de la superficie de la nanomáquina, los científicos pudieron visualizar los anillos de ADN entrelazados. Además, el equipo usó marcadores fluorescentes para mostrar que la "rueda" de la máquina realmente estaba girando. Los "marcadores de ruta" fluorescentes a lo largo de la trayectoria de los nanotubos se iluminaron tan pronto como el nano-monociclo los pasó. Basado en eso, también se podía calcular la velocidad del vehículo:una vuelta de rueda tardaba unos diez minutos. Eso no es muy rápido pero, sin embargo, un gran paso para los investigadores. "Mover la nanomáquina en la dirección deseada no es trivial, "dice Famulok.

La construcción de la máquina se basa en el principio de autoorganización. Como en las células vivas, las estructuras deseadas surgen espontáneamente cuando los componentes correspondientes están disponibles. "Funciona como un rompecabezas imaginario, "explica Famulok. Cada pieza del rompecabezas está diseñada para interactuar con socios muy específicos. Si reúne estas piezas en un solo recipiente, cada partícula encontrará su pareja y la estructura deseada se ensambla automáticamente.

Por ahora, Los científicos de todo el mundo han desarrollado numerosas nanomáquinas y nano motores. Pero el método desarrollado por el equipo de Famulok es un principio completamente nuevo. "Este es un gran paso. No es fácil diseñar y realizar de manera confiable tal cosa a una escala nanométrica, "dice el científico. Su equipo quiere desarrollar pronto sistemas de nano motores aún más complejos." Esta es una investigación básica. No es posible ver exactamente a dónde conducirá ".

Las posibles aplicaciones incluyen computadoras moleculares que realizan operaciones lógicas basadas en movimientos moleculares. Adicionalmente, diminutas máquinas podrían transportar medicamentos a través del torrente sanguíneo precisamente hasta donde se necesitan. "Pero estas siguen siendo visiones del futuro, "dice Famulok.