Forskare bygger flödesdriven roterande motor i nanoskala som kan generera mekaniskt arbete

Rotationsmotorer som drivs av visst flöde används länge i väderkvarnar och vattenhjul. En liknande mekanism ses också i biologiska celler där FoF1-ATP-syntas producerar det bränsle som cellerna kräver för att fungera. Med inspiration från detta har forskare vid Delft University of Technology utvecklat den minsta någonsin flödesdrivna motorn från DNA som använder elektriska eller saltgradienter för att generera mekanisk energi. För konstruktionen av motorn har teamet använt en teknik som kallas DNA-origami som använder specifika interaktioner mellan komplementära DNA-par för att bygga 2D och 3D nano-objekt.

Rotorerna hämtar energi från vatten som induceras genom att lägga på spänning eller genom att ha olika koncentrationer av salt på vardera sidan av membranet. Från de observationer som gjorts har forskare utforskat mer och använt kunskapen för att bygga nanoskala turbiner.

”Vår flödesdrivna motor är gjord av DNA-material. Denna struktur är dockad på en nanopor, en liten öppning, i ett tunt membran. DNA-knippet med endast 7 nanometers tjocklek organiserar sig själv under ett elektriskt fält till en rotorliknande konfiguration, som därefter sätts in i en ihållande roterande rörelse på mer än 10 varv per sekund.” förklarade Dr Xin Shi, postdoc vid institutionen för bionanovetenskap vid TU Delft. Dr Shi är också den första författaren till studera som publicerades i Naturfysik.

Enligt teamet är det första gången som en flödesdriven aktiv rotor har utvecklats i nanoskala. Forskare blev förbryllade när de först observerade fenomenet där DNA-stavarna organiserar sig. Dr Shi tillade att även om det fanns massor av information tillgänglig om roterande motorer, är mycket lite känt om deras nanoskalaversion.

De genomförde också ett experiment och visade turbinens förmåga att bära en last. Teamet anser att utvecklingen har öppnat nya vägar inom konstruktionen av aktiva robotar.