تولید موتور مولکولی چرخنده با استفاده از DNA

یکی از عرصه‌های نویدبخش تحقیقات مربوط به نانوموتورها، نانوماشین‌های DNA هستند.
اینها آرایش‌های سنتزی از DNA می‌باشند که توسط یک محرک خارجی بین دو شکل مولکولی
مختلف سوئیچ می‌کنند. می‌توان این ماشین‌ها را با استفاده از عوامل مختلفی همچون
تغییرات pH و اضافه کردن قطعات مولکولی دیگری مثل پروتئین‌ها و رشته‌های DNA کنترل
کرد.

حال محققان یک ماشین ساده DNA طراحی کرده و ساخته‌اند که می‌تواند بهصورت پیوسته
بچرخد. سرعت و جهت چرخش این ماشین قابل کنترل بوده و از این عملکرد بهعنوان مثال می‌توان
در نقل و انتقالات مولکولی استفاده کرد.

دانیل لوبریچ، از محققان مرکز NanoCore در دانشگاه ملی سنگاپور می‌گوید: «ماشین ما
توسط یک میدان الکتریکی خارجی به حرکت درمی‌آید. زمانی که این میدان میان چهار جهت
نوسان می‌کند، یک DNA چرخنده را که به یک محور DNA وصل شده است، به طور مکرر جهت‌دهی
می‌کند. محور DNA میان یک سطح شیشه‌ای و یک دانه مغناطیسی ثابت نگهداشته می‌شود.
بخش‌های تک‌رشته‌ای روی DNA محور همانند بلبرینگ عمل کرده و امکان چرخش آزاد در
اطراف پیوندهای مولکولی میان بازهای نوکئوتیدی را فراهم می‌کند. بدین ترتیب امکان
چرخش آزاد و پیوسته DNA چرخنده در اطراف محور، همزمان با تغییر جهت‌گیری آن با
میدان الکتریکی نوسان‌کننده ایجاد می‌شود».

این گروه تحقیقاتی برای ساخت نانوموتور خود از یک اُلیگونوکلئوتید DNA به طول ۳۰
نانومتر که هر دو سر آن تغییر داده شده بود، به عنوان محور موتور استفاده نمودند.
انتهای ۵\’ با digoxigenin NHS ester یا DIG و انتهای ۳\’ با بیوتین تغییر داده شده
بود. این کار امکان اتصال رشته DNA به سطح شیشه تغییر یافته با آنتیDIG و دانه
مغناطیسی تغییر یافته با steptavidin را فراهم می‌کند. بنابر گفته لوبریچ این کار
موجب می‌شود نیروی میان دانه‌های مغناطیسی و آهن‌رباها محور را کشیده و آن را محکم
در جای خود نگهدارد.

لوبریچ می‌افزاید: DNA «چرخنده که در این کار استفاده شد، λ-DNAبا طول تقریبی ۱۶
میکرومتر بود. به این دلیل از λ-DNA استفاده شد که ارزان بوده و دیدن آن زیر
میکروسکوپ راحت است. می‌توان از DNA کوتاه‌تر نیز استفاده کرد. در این صورت مشاهده
چرخش با استفاده از میکروسکوپ دشوارتر خواهد بود. DNA چرخنده همانند تمام DNAها در
pH معمول دارای بار منفی است. این مولکول به شکلی نامتقارن به محور متصل می‌شود.
نقش این DNA این است که هماهنگ با میدان الکتریکی جهت‌گیری کند. بنابراین تغییر جهت
میدان الکتریکی موجب خواهد شد که این مولکول متناسب با میدان اعمالی، جهت‌گیری خود
را نسبت به محور تغییر دهد. از آنجایی که این چرخنده میان دو بخش تک‌رشته‌ای کوتاه
روی DNA محور به آن متصل شده است، این تغییر جهت‌گیری موجب چرخش آن حول DNA محور
خواهد شد». سرعت و جهت چرخش این DNA چرخنده را می‌توان با تنظیم فرکانس نوسان میدان
و جهت آن کنترل کرد.

جزئیات این کار به صورت آنلاین در مجله Small منتشر شده است.