Forscher bauen strömungsgetriebenen Rotationsmotor im Nanomaßstab, der mechanische Arbeit erzeugen kann

Rotationsmotoren, die durch eine gewisse Strömung angetrieben werden, werden seit langem in Windmühlen und Wasserrädern verwendet. Ein ähnlicher Mechanismus wird auch in biologischen Zellen beobachtet, wo die FoF1-ATP-Synthase den Brennstoff produziert, den die Zellen zum Funktionieren benötigen. Davon inspiriert haben Forscher der Technischen Universität Delft den bisher kleinsten strömungsgetriebenen Motor aus DNA entwickelt, der elektrische oder Salzgradienten nutzt, um mechanische Energie zu erzeugen. Für den Bau des Motors hat das Team eine Technik namens DNA-Origami verwendet, die spezifische Wechselwirkungen zwischen komplementären DNA-Paaren nutzt, um 2D- und 3D-Nanoobjekte zu bauen.

Die Rotoren ziehen Energie aus Wasser, das durch Anlegen einer Spannung oder durch unterschiedliche Salzkonzentrationen auf beiden Seiten der Membran induziert wird. Aus den gemachten Beobachtungen haben die Forscher mehr erforscht und das Wissen genutzt, um Turbinen im Nanomaßstab zu bauen.

„Unser strömungsgetriebener Motor besteht aus DNA-Material. Diese Struktur ist an eine Nanopore, eine winzige Öffnung, in einer dünnen Membran angedockt. Das nur 7 Nanometer dicke DNA-Bündel organisiert sich unter einem elektrischen Feld von selbst zu einer rotorähnlichen Konfiguration, die anschließend in eine anhaltende Rotationsbewegung von mehr als 10 Umdrehungen pro Sekunde versetzt wird.“ erklärt Dr. Xin Shi, Postdoc in der Abteilung für Bionanowissenschaften der TU Delft. Dr. Shi ist auch der erste Autor des Studie veröffentlicht Naturphysik.

Laut dem Team ist dies das erste Mal, dass ein strömungsgetriebener aktiver Rotor im Nanomaßstab entwickelt wurde. Die Forscher waren verwirrt, als sie zum ersten Mal das Phänomen beobachteten, bei dem sich die DNA-Stäbchen selbst organisieren. Dr. Shi fügte hinzu, dass zwar viele Informationen über Rotationsmotoren verfügbar seien, aber nur sehr wenig über ihre nanoskalige Version bekannt sei.

Sie führten auch ein Experiment durch und demonstrierten die Fähigkeit der Turbine, eine Last zu tragen. Das Team glaubt, dass die Entwicklung neue Wege in der Entwicklung aktiver Roboter eröffnet hat.