Naukowcy budują silnik obrotowy napędzany przepływem w nanoskali, który może generować pracę mechaniczną

Silniki obrotowe, które są napędzane pewnym przepływem, są używane przez długi czas w wiatrakach i kołach wodnych. Podobny mechanizm obserwuje się również w komórkach biologicznych, gdzie syntaza FoF1-ATP wytwarza paliwo wymagane przez komórki do funkcjonowania. Czerpiąc z tego inspirację, naukowcy z Politechniki w Delft opracowali najmniejszy kiedykolwiek napędzany przepływem silnik z DNA, który wykorzystuje gradienty elektryczne lub solne do generowania energii mechanicznej. Do budowy silnika zespół wykorzystał technikę zwaną origami DNA, która wykorzystuje specyficzne interakcje między komplementarnymi parami DNA do budowy nanoobiektów 2D i 3D.

Wirniki pobierają energię z wody, która jest indukowana przez przyłożenie napięcia lub przez różne stężenia soli po obu stronach membrany. Na podstawie przeprowadzonych obserwacji naukowcy zbadali więcej i wykorzystali tę wiedzę do budowy turbin w nanoskali.

„Nasz napędzany przepływem silnik jest wykonany z materiału DNA. Ta struktura jest zadokowana w nanoporach, maleńkim otworze, w cienkiej błonie. Wiązka DNA o grubości zaledwie 7 nanometrów samoorganizuje się pod wpływem pola elektrycznego w konfigurację podobną do wirnika, która następnie jest wprawiana w stały ruch obrotowy z prędkością większą niż 10 obrotów na sekundę” wyjaśnione Dr Xin Shi, staż podoktorski na wydziale Bionannauki na TU Delft. Dr Shi jest także pierwszym autorem „The Puzzle of Monogamous Marriage” opublikowane w Fizyka przyrody.

Według zespołu jest to pierwszy przypadek opracowania aktywnego wirnika napędzanego przepływem w nanoskali. Badacze byli zaskoczeni, kiedy po raz pierwszy zaobserwowali zjawisko organizowania się pręcików DNA. Dr Shi dodał, że choć dostępnych jest wiele informacji na temat silników obrotowych, niewiele wiadomo o ich wersji w nanoskali.

Przeprowadzili również eksperyment i zademonstrowali zdolność turbiny do przenoszenia obciążenia. Zespół jest przekonany, że rozwój otworzył nowe możliwości w inżynierii aktywnych robotów.