یک نانوموتور با سرعتی نزدیک به موتور‌های زیستی طبیعی ساخته شد!

ژاپنی‌ها با ساخت نانوموتور مصنوعی که سرعتی نزدیک به موتور‌های زیستی طبیعی دارد، در آستانه ایجاد تحولی در دنیای موتور‌های مولکولی هستند.

کد خبر: ۱۲۲۰۸۳۸

دوشنبه - ۰۸ بهمن ۱۴۰۳ / January 27, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان موفق به طراحی یک موتور DNA-نانوذره‌ای شده‌اند که می‌تواند به سرعت‌ها و کارایی قابل مقایسه با موتور‌های پروتئینی طبیعی دست یابد. این پیشرفت چشمگیر گامی بزرگ در توسعه موتور‌های مصنوعی محسوب می‌شود که تاکنون در رسیدن به کارایی موتور‌های بیولوژیکی با چالش‌های زیادی مواجه بوده‌اند.

این پروژه که توسط تاکانوری هاراشیما و همکارانش در مؤسسات تحقیقاتی مختلف ژاپنی انجام شده، بر ایجاد موتور‌های مصنوعی با عملکرد بهبودیافته تمرکز دارد که هم در سیستم‌های بیولوژیکی و هم غیرزیستی قابل استفاده هستند. پیش از این، موتور‌های مصنوعی به سرعت‌های حدود ۰.۱ نانومتر بر ثانیه محدود بودند، در حالی که موتور‌های پروتئینی طبیعی مانند کینزین و میوزین می‌توانند با سرعت‌های ۱۰ تا ۱۰۰۰ نانومتر بر ثانیه عمل کنند.

با استفاده از روش‌های نوآورانه مانند ردیابی سریع و مدل‌سازی ریاضی پیشرفته، این تیم تحقیقاتی حرکات موتور DNA-نانوذره‌ای طراحی‌شده را که توسط آنزیم ریبونوکلئاز H (RNase H) هدایت می‌شود، بررسی کردند. نتایج نشان داد که این موتور به سرعت‌های تا ۳۰ نانومتر بر ثانیه و کارایی فرآیندپذیری ۲۰۰ دست یافته است.

جالب توجه است که با افزایش غلظت RNase H، طول توقف‌های موتور به طور قابل توجهی کاهش یافته، که نشان‌دهنده نقش کلیدی غلظت این آنزیم در عملکرد موتور است. در غلظت‌های بالاتر، سرعت موتور به اوج خود رسید، اما در عین حال، کاهشی در یک‌سوگرایی و کارایی فرآیندپذیری کلی مشاهده شد. محققان خاطرنشان کردند: «تضاد بین سرعت و کارایی/طول گام، به وضوح در غلظت‌های بالای RNase H مشاهده می‌شود.»

این رابطه نشان‌دهنده پیچیدگی طراحی موتور‌های مصنوعی و نیاز به تعادل دقیق برای بهینه‌سازی عملکرد آنها است. نتایج همچنین سرنخ‌های تازه‌ای برای تحقیقات آینده، از جمله بازطراحی توالی‌های DNA به منظور افزایش نرخ هیبریداسیون و دستیابی به بازدهی حتی بیشتر، پیشنهاد می‌کند.

هاراشیما بر تأثیرات گسترده این تحقیق تأکید کرد و گفت: «مطالعه ما راهبردی مبتنی بر مکانیسم برای بهبود عملکرد موتور‌های مولکولی مصنوعی را نشان می‌دهد.»

به نقل از ستاد نانو، این یافته‌ها نه تنها چارچوب‌های موجود برای توسعه ماشین‌های مولکولی را تقویت می‌کند، بلکه راه را برای کاربرد‌های هیجان‌انگیز جدید، از جمله ادغام این موتور‌ها در سیستم‌های بیولوژیکی و عملکردی مختلف، باز می‌کند.

به طور کلی، پیشرفت‌های حاصل‌شده در موتور DNA-نانوذره، نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در حوزه مهندسی مولکولی است. این دستاورد‌ها گامی به سوی تحقق پتانسیل موتور‌های مصنوعی برای عملکرد مؤثر در محیط‌های بیولوژیکی پیچیده هستند و نه تنها مرز‌های زیست‌شناسی مصنوعی، بلکه جنبه‌هایی از علم مواد، فناوری‌نانو و فراتر از آن را متحول می‌کنند