Ilustración de un nanocaminador bípedo que se mueve como un gusano que se arrastra a lo largo de una pista. El nanocaminador tiene dos patas de ADN monocatenarias idénticas (que se muestran como una curva de tres segmentos coloreada en púrpura, cian y gris sucesivamente). Las dos patas están conectadas por un puente de ADN de doble hélice junto con un componente de "motor" (naranja y rosa) que se contrae o se alarga bajo luz ultravioleta o visible alternada. El andador tira de la pierna de arrastre hacia adelante cuando se contrae (como se muestra), y empuja la pierna delantera hacia adelante tras el alargamiento. Moléculas fluorescentes (rojo, esferas de color verde y negro) atadas a diferentes posiciones de la pista para caminar se utilizan para detectar el movimiento del nanocaminador. Crédito:Nanoescala
Los físicos de NUS han diseñado un nanocaminador bípedo que puede cambiar su manera y dirección de caminar ajustando la longitud de su paso. Los nanocaminadores basados en ácido desoxirribonucleico (ADN) son una clase de motores moleculares que se están explorando para una amplia gama de posibles aplicaciones a nanoescala. Esto incluye síntesis dependiente de secuencia automatizada, líneas de montaje a nanoescala y patrones de superficie guiados por caminantes.
Un nanocaminador bípedo puede moverse a lo largo de una pista, ya sea hacia adelante o hacia atrás, utilizando diferentes tipos de pasos (manera de caminar). Puede adoptar un modo de andar mano sobre mano (HOH) en el que las dos piernas del caminante se guían alternativamente entre sí, o seguir un andar de gusano de pulgada (IW) en el que una pierna siempre conduce a la otra, como un gusano que se arrastra. Para un mismo nanocaminador, poder cambiar de dirección y tener diferentes tipos de marcha representa un nivel más alto de control de movimiento nanoscópico que sigue siendo un desafío.
Un equipo dirigido por el profesor Wang Zhisong del Departamento de Física, NUS ha desarrollado un nanocaminador bípedo que puede cambiar entre el movimiento hacia adelante y hacia atrás y entre la marcha HOH e IW al cambiar el tamaño de la zancada del caminante. La pista sobre la que "camina" el caminante del ADN está formada por una serie periódica de puntos de apoyo de ADN de una sola hebra idénticos separados por un espaciador de doble hélice. El tamaño de la zancada del andador se controla cambiando la longitud de este espaciador. El equipo de investigación descubrió que cuando el espaciador es corto, el caminante usa un modo de andar IW y se mueve hacia una dirección de la pista de ADN. Cuando el espaciador se alarga, el caminante se mueve en la dirección opuesta y cambia a un modo de andar HOH. Cuando el espaciador se alarga más, el caminante sigue teniendo un paso HOH pero cambia de dirección nuevamente. Estos hallazgos muestran que la forma de caminar y la dirección del movimiento del caminante de ADN se pueden controlar modificando el tamaño de la zancada. que corresponde a la longitud del espaciador.
El caminante de ADN tiene dos "patas" idénticas de una sola hebra conectadas entre sí por un puente molecular rígido que puede cambiar entre una estructura larga de doble hélice y una estructura cuádruple corta bajo diferentes condiciones de iluminación. Alternando entre luz ultravioleta y visible, el caminante de ADN experimenta una extensión y contracción reversibles a medida que cambia entre las estructuras de doble hélice y cuádruple. Debido a una asimetría en el potencial de unión de sus "patas" a la pista, se crea un movimiento de caminar cuando el andador de ADN se empuja hacia adelante y hacia atrás.
El profesor Wang dijo:"En principio, tanto el suministro de energía como el control del tamaño del espaciador podrían incorporarse a la trayectoria molecular para desarrollar nanocaminadores impulsados mecánicamente con una marcha y una dirección bien controladas. Esto podría implementarse mediante la ingeniería de las pistas moleculares utilizando microscopios de fuerza atómica o pinzas magnéticas / ópticas ".
