Dentro de todos nosotros hay billones de diminutas nanomáquinas moleculares que realizan una variedad de tareas necesarias para mantenernos con vida.

En un estudio pionero, un equipo dirigido por el profesor de física de SFU, David Sivak, demostró por primera vez una estrategia para manipular estas máquinas a fin de maximizar la eficiencia y conservar energía. El avance podría tener ramificaciones en varios campos, incluida la creación de chips informáticos y células solares más eficientes para la generación de energía.

Las nanomáquinas son pequeñas, muy pequeño:unas mil millonésimas de metro de ancho, De hecho. También son rápidos y capaces de realizar tareas complejas:todo, desde mover materiales alrededor de una celda, construyendo y descomponiendo moléculas, y procesar y expresar información genética.

Las máquinas pueden realizar estas tareas consumiendo muy poca energía, Entonces, una teoría que predice la eficiencia energética nos ayuda a comprender cómo funcionan estas máquinas microscópicas y qué sale mal cuando se descomponen. Dice Sivak.

En el laboratorio, Los colaboradores experimentales de Sivak manipularon una horquilla de ADN, cuyo plegado y despliegue imita el movimiento mecánico de máquinas moleculares más complicadas. Como predice la teoría de Sivak, descubrieron que la máxima eficiencia y la mínima pérdida de energía se producían si tiraban rápidamente de la horquilla cuando estaba doblada, pero lentamente cuando estaba a punto de desplegarse.

Steven grande, un estudiante graduado de física de SFU y co-primer autor del artículo, explica que las horquillas de ADN (y las nanomáquinas) son tan pequeñas y flexibles que son constantemente empujadas por violentas colisiones con las moléculas circundantes.

"Dejar que los empujones desplieguen la horquilla para ti es un ahorro de energía y tiempo, "Grande dice.

Sivak cree que el siguiente paso es aplicar la teoría para aprender a conducir una máquina molecular a través de su ciclo operativo, reduciendo al mismo tiempo la energía necesaria para hacer eso.

Entonces, ¿Cuál es el beneficio de hacer que las nanomáquinas sean más eficientes? Sivak dice que las aplicaciones potenciales podrían cambiar las reglas del juego en una variedad de áreas.

"Los usos podrían incluir el diseño de chips de computadora y memoria de computadora más eficientes (reduciendo los requisitos de energía y el calor que emiten), fabricar mejores materiales de energía renovable para procesos como la fotosíntesis artificial (aumentando la energía extraída del sol) y mejorar la autonomía de las máquinas biomoleculares para aplicaciones biotecnológicas como la administración de fármacos ".

El estudio fue publicado en Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.