Управление движением в наноразмерных масштабах

Нановолкеры на основе дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) представляют собой класс молекулярных моторов, которые исследуются для широкого спектра потенциальных применений в наномасштабах. Это включает в себя автоматизированный зависимый от последовательности синтез, наноразмерные сборочные линии и структурирование поверхности под руководством Уокера.

Иллюстрация двуногого нанохода, движущегося как ползающий червь по дорожке. Нановолкер имеет две идентичные одноцепочечные ножки ДНК (показаны как трехсегментная кривая, окрашенная в пурпурный, голубой и серый цвета последовательно). Эти две ноги соединены ДНК-мостом с двойной спиралью вместе с компонентом «двигателя» (оранжевым и розовым), который сокращается или удлиняется при переменном ультрафиолетовом или видимом свете. Ходок тянет заднюю ногу вперед при сокращении (как показано на рисунке) и толкает переднюю ногу вперед при удлинении. Флуоресцентные молекулы (сферы красного, зеленого и черного цвета), привязанные к разным позициям дорожки для ходьбы, используются для обнаружения движения нановалкера. [Credit: Nanoscale]

Двуногий нанооболочка может перемещаться по дорожке либо в прямом, либо в обратном направлении, используя различные типы походок (способ ходьбы). Он может использовать походку «рука за руку» (HOH), в которой две ноги ходока поочередно ведут друг друга, или следовать за походкой дюймового червя (IW), в которой одна нога всегда ведет другую, как ползающий червь. То, что один и тот же нанообладатель может переключать направления и иметь разные типы походок, представляет собой более высокий уровень контроля наноскопического движения, который остается сложной задачей.

Команда под руководством профессора ВАНГА Чжисуна из физического факультета, NUS разработала двуногого нанохода, который может переключаться между движением вперед и назад и между походкой HOH и IW, изменяя размер шага ходунка. Дорожка, по которой «ходит» ДНК-ходок, состоит из периодического массива одинаковых одноцепочечных точек опоры ДНК, разделенных спейсером с двойной спиралью. Размер шага ходунка контролируется изменением длины этой проставки. Исследовательская группа обнаружила, что, когда проставка короткая, ходок использует IW-походку и движется в одном направлении дорожки ДНК. Когда распорка вытянута, ходок движется в противоположном направлении и превращается в походку HOH. Когда проставка еще более вытянута, ходок продолжает иметь походку HOH, но снова меняет направление. Эти результаты показывают, что манеру ходьбы и направление движения ДНК-ходунка можно контролировать, изменяя размер шага, который соответствует длине спейсера.

Ходок ДНК имеет две одинаковые одноцепочечные «ножки», соединенные друг с другом жестким молекулярным мостиком, который может меняться между длинной структурой с двойной спиралью и короткой структурой с четырьмя спиралями при различных условиях освещения. Чередуя ультрафиолетовое и видимое излучение, ДНК-ходок подвергается обратимому расширению и сокращению при изменении между структурами с двойной спиралью и квадруплексом. Из-за асимметрии в потенциале связи его «ног» с дорожкой, когда ходунки с ДНК вытягиваются вперед и назад, создается движение при ходьбе.

Профессор Ван сказал, «В принципе, как источник энергии, так и контроль размера спейсера могут быть включены в молекулярную дорожку, чтобы создать механически управляемые наноходы с хорошо контролируемой походкой и направлением. Это потенциально может быть реализовано путем конструирования молекулярных треков с использованием атомно-силовых микроскопов или магнитных / оптических пинцетов ».

Ссылка

Chiang YH; Цай С.Л .; Тройник SR; Наир ОЛ; Loh IY; Лю М.Х .; Wang ZS *, «Нанооболочка двуногих червей Inchworm» NANOSCALE Объем: 10 Номер: 19 Страницы: 9199-9211 DOI: 10.1039 / c7nr09724g Опубликовано: 2018.

Источник: http://nus.edu.sg/

Source link