Onderzoekers bouwen door stroming aangedreven roterende motor op nanoschaal die mechanisch werk kan genereren

Rotatiemotoren die door enige stroming worden aangedreven, worden al lange tijd gebruikt in windmolens en waterraderen. Een soortgelijk mechanisme wordt ook gezien in biologische cellen waar het FoF1-ATP-synthase de brandstof produceert die cellen nodig hebben om te functioneren. Hierop geïnspireerd hebben onderzoekers van de Technische Universiteit Delft de kleinste door stroom aangedreven motor ooit ontwikkeld uit DNA die elektrische of zoutgradiënten gebruikt om mechanische energie op te wekken. Voor de constructie van de motor heeft het team een ​​techniek gebruikt die DNA-origami wordt genoemd en die specifieke interacties tussen complementaire DNA-paren gebruikt om 2D- en 3D-nano-objecten te bouwen.

De rotoren halen energie uit water dat wordt opgewekt door het aanleggen van spanning of door verschillende zoutconcentraties aan weerszijden van het membraan. Op basis van de gemaakte waarnemingen hebben onderzoekers meer verkend en de kennis gebruikt om turbines op nanoschaal te bouwen.

“Onze flow-gedreven motor is gemaakt van DNA-materiaal. Deze structuur zit vast op een nanoporie, een kleine opening, in een dun membraan. De DNA-bundel van slechts 7 nanometer dik ordent zichzelf onder een elektrisch veld in een rotorachtige configuratie, die vervolgens in een aanhoudende roterende beweging van meer dan 10 omwentelingen per seconde wordt gebracht, " uitgelegd Dr. Xin Shi, postdoc bij de afdeling Bionanoscience van de TU Delft. Dr Shi is ook de eerste auteur van de studies gepubliceerd Natuurfysica.

Volgens het team is dit de eerste keer dat een flow-driven actieve rotor op nanoschaal is ontwikkeld. Onderzoekers waren verbaasd toen ze voor het eerst het fenomeen waarnamen waarbij de DNA-staafjes zichzelf organiseren. Dr. Shi voegde eraan toe dat hoewel er veel informatie beschikbaar was over rotatiemotoren, er heel weinig bekend is over hun versie op nanoschaal.

Ze voerden ook een experiment uit en demonstreerden het vermogen van de turbine om een ​​last te dragen. Het team is van mening dat de ontwikkeling nieuwe wegen heeft geopend in de engineering van actieve robots.