Delft Teknoloji Üniversitesinden Profesör Cees Dekker liderliğindeki araştırmacılardan oluşan ortak bir ekip, uluslararası meslektaşlarıyla birlikte nanomotorlar dünyasında çığır açacak bir buluşa imza attı: DNA origami nanotürbin. Bu nano ölçekli cihaz, türbini mekanik dönüşlere yönlendirmek için katı haldeki bir nano gözenek boyunca iyon gradyanlarından veya elektrik potansiyelinden güç alarak bir paradigma değişimini temsil ediyor.
Bu keşfin özü, hepsi 25 nanometrelik minik bir çerçeve içinde yer alan ve katı hal nanogözenek içinde çalışan üç kiral kanada sahip bir “DNA origami” türbininin tasarımı, inşası ve tahrikli hareketidir. İki kiral türbini ustaca tasarlayan araştırmacılar, artık dönüş yönünü saat yönünde veya saat yönünün tersine belirleyebiliyorlar. Bulguları Nature Nanotechnology dergisinde yayımlandı.
Nanotürbinler: Gelişmelerin Kalbi
Yel değirmenlerinden uçaklara kadar toplumlarımızı şekillendiren devrim niteliğindeki birçok makinenin temelinde akış güdümlü türbinler yatmaktadır. Yaşamın kendisi bile, biyolojik hücreler için yakıt üreten FoF1-ATP sentaz ve bakterileri harekete geçiren bakteriyel kamçı motoru gibi temel süreçler için türbinlere kritik derecede bağlıdır.
Makalenin başyazarı Xin Shi “Nanotürbinimiz, dönüş yönünü kontrol etmek için sağ el veya sol el anlamında yapılandırılmış kanatları olan DNA malzemesinden yapılmış 25 nanometre çapında bir rotöre sahiptir. Çalıştırmak için bu yapı, ince bir zardaki küçük bir açıklık olan bir nanogözenekten elektrik alanı veya tuz konsantrasyonu farkıyla kontrol edilen güçlü bir su akışına yerleştirilir. Türbinimizi sert bir çubuğu saniyede 10 devire kadar hareket ettirmek için kullandık,” dedi.
Büyüleyici Bir Keşif
Bu araştırmanın en ilgi çekici keşiflerinden biri, DNA origami nano-türbininin dönüşünün benzersiz doğasıdır. Davranışı iyon konsantrasyonundan etkilenmekte ve çözeltideki Na+ iyonlarının konsantrasyonuna bağlı olarak aynı türbinin saat yönünde ya da saat yönünün tersine dönmesine izin vermektedir.
Nano-ölçek alanına özgü bu benzersiz özellik, iyonlar, su ve DNA arasındaki karmaşık etkileşimden kaynaklanmaktadır.
Illinois Üniversitesinden Aleksei Aksimentiev’in grubunun kapsamlı moleküler dinamik simülasyonları ve MPI Göttingen’den Ramin Golestanian’ın teorik modellemeleriyle titizlikle desteklenen bu bulgular, nanoteknolojinin ufkunu genişletme vaadini taşıyor ve çok sayıda uygulama sunuyor. Örneğin, gelecekte DNAnorigamisini kullanarak insan vücuduna, belirli hücre türlerine ilaç verebilecek nanomakineler yapabiliriz.
DNA Origami
Araştırmayı yöneten Cees Dekker, “Münih Teknik Üniversitesinden Hendrik Dietz’in laboratuvarındaki ortaklarımızla birlikte, tasarımı ve çalışması üzerinde tam kontrole sahip bir türbin yaratmak için DNA rotatif motorları üzerindeki önceki çalışmalarımızdan elde ettiğimiz bilgileri kullandık” diyerek metodolojilerine ışık tutuyor.
“DNA origami” tekniği, dinamik 3D nano-nesneler oluşturmak için tamamlayıcı DNA baz çiftleri arasındaki özel etkileşimleri kullanır. Bu tasarım, nano gözeneklerimizdeki türbinin dönüş yönünün kanatların yönü aracılığıyla kontrol edilmesine ve türbinin diğer nanomakinelere kolayca entegre edilmesine olanak tanıyor.
Aktif Transmembran Nanomakinelere Doğru Yeni Bir Adım
Bu araştırma başarısı, geçen yıl elektrik veya tuz gradyanlarından gelen enerjiyi pratik mekanik çalışmaya dönüştürebilen, kendi kendini yapılandırabilen bir cihaz olan DNA aktif nanorotörun tanıtılmasının ardından geldi.
Çalışmayı değerlendiren Xin Shi şunları söyledi: “Nano gözeneklerde su ve tuz kullanarak nano ölçekli bir rotörü itmenin ardındaki temel ilkeleri ortaya çıkardık. Bu yıl rasyonel tasarımla gerçekleştirdiğimiz atılım, yolculuğumuzun bir sonraki aşamasına işaret ediyor.”
“Bir önceki çalışmamızdaki temel ilkeler, bu çalışmadaki yeniliklerle birleştiğinde, biyolojik motorlar tarafından kullanılan hayati bir enerji kaynağı olan tuz gradyanlarından enerji elde etme potansiyeline sahip biyomimetik transmembran makinelerin geleceği için zemin hazırlıyor.”[1]“DNA origami nanoturbine sets new horizon for nanomotors” yazısından çevrilmiştir.[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | “DNA origami nanoturbine sets new horizon for nanomotors” yazısından çevrilmiştir. |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
