El monociclo nanomáquina
Científicos de la Universidad de Bonn, el Instituto de Investigación Caesar en Bonn, así como científicos de la Universidad de Michigan en los Estados Unidos, han desarrollado a base de nanoestructuras, una pequeña máquina que constituye un motor rotatorio y puede moverse en una dirección específica. Los investigadores usaron estructuras circulares de ADN y los resultados de estos experimentos serán presentados en la revista Nature Nanotechnology.
Las nanomáquinas incluyen estructuras de proteínas complejas y ácidos nucleicos que funcionan con energía química y pueden realizar movimientos dirigidos. Este principio es bien conocido por la naturaleza: las bacterias, por ejemplo, se impulsan hacia adelante usando en mucho casos un flagelo. El equipo de la Universidad de Bonn, el instituto de investigación Caesar en Bonn y la Universidad de Michigan (EE. UU.) Utilizaron estructuras hechas de nano aros de ADN vinculados como una cadena. "Un anillo cumple la función de una rueda, el otro lo maneja como un motor con la ayuda de energía química", tal y como lo explica el Profesor Dr. Michael Famulok del Instituto de Ciencias de la Vida y Ciencias Médicas (LIMES) de la Universidad de Bonn.
El pequeño vehículo mide solo unos 30 nanómetros o 3 x 10 -8 millonésimas de milímetro. El "combustible" lo proporciona la proteína "ARN polimerasa T7". Junto con el anillo que sirve como motor, esta enzima sintetiza una cadena de ARN basada en la secuencia de ADN y utiliza la energía química liberada durante este proceso para el movimiento de rotación del anillo de ADN. "A medida que la rotación progresa, la cadena de ARN crece como un hilo de la ARN polimerasa", informa el autor principal del estudio, el Dr. Julián Valero, del equipo de Famulok. Los investigadores están utilizando este hilo de ARN en constante expansión, que básicamente sobresale del motor como un producto de desecho, para mantener el pequeño vehículo en su curso en una pista de nanotubos de ADN.
La longitud de la unidad de prueba es de 240 nanómetros
Unido a este hilo, la máquina monociclo cubrió unos 240 nanómetros en su recorrido de prueba. "Esa fue la primera vez", dice Famulok. "La pista se puede extender como se desee". En el próximo paso, los investigadores no solo buscarán ampliar la longitud de la ruta, sino que además planificarán desafíos más complejos en la pista de prueba. En las nuevas pruebas, la nanomáquina debe decidir qué camino tomar. "Podemos usar nuestros propios métodos para predeterminar qué giro debe tomar la máquina", afirmó Valero recientemente.
Por supuesto, los científicos no pueden ver el pequeño vehículo trabajando a simple vista. Mediante el uso de un microscopio de fuerza atómica que escaneó la estructura de la superficie de la nanomáquina, los científicos pudieron visualizar los anillos de ADN entrelazados. Además, el equipo utilizó marcadores fluorescentes para mostrar que la "rueda" de la máquina estaba girando. Los "waymarkers" fluorescentes a lo largo de la ruta de los nanotubos se iluminaron tan pronto como el nano-monociclo pasó por ellos. Basado en eso, la velocidad del vehículo también podría calcularse: un giro de la rueda tomó aproximadamente diez minutos. No es muy rápido, pero es un gran paso para los investigadores. "Mover la nanomáquina en la dirección deseada no es algo trivial", dice Famulok.
Los componentes de la máquina se ensamblan por autoorganización
Por supuesto, a diferencia de las máquinas macroscópicas, la nanomáquina no se creó a base de soldaduras. La construcción se basa en el principio de la autoorganización. Al igual que en las células vivas, las estructuras deseadas surgen espontáneamente cuando los componentes correspondientes están disponibles. "Funciona como un rompecabezas imaginario", explica Famulok. Cada pieza del rompecabezas está diseñada para interactuar con otras partes muy específicas. Si se reúne exactamente a todas esas partes en un solo recipiente, cada partícula encontrará "su compañero" y la estructura deseada se creará automáticamente.
Por ahora, los científicos en todo el mundo han desarrollado numerosas nanomáquinas y nanomotores. Pero el método desarrollado por el equipo de Famulok es un principio completamente nuevo. "Este es un gran paso: no es fácil diseñar y realizar de manera confiable tal cosa a escala nanométrica", dice el científico. Su equipo quiere desarrollar muy pronto nanomotores aún más complejos. "Hasta ahora esto es una investigación básica", dice Famulok. "No es posible ver exactamente a dónde nos llevará". Con algo de imaginación, las posibles aplicaciones técnicas podrían incluir, por ejemplo, computadoras moleculares que realizan operaciones lógicas basadas en movimientos moleculares. Además, las pequeñas máquinas pueden transportar drogas a través del torrente sanguíneo justamente a donde se requieran. "Pero estas son todavía visiones del futuro", dice Famulok.
Las posibilidades de la nanotecnología son infinitas y sin lugar a dudas, está será la ciencia que gobernará el futuro cercano, pero mientras eso sucede, tan solo nos queda sentarnos a esperar.
tecnología del siglo XXI
Científicos de la Universidad de Bonn, el Instituto de Investigación Caesar en Bonn, así como científicos de la Universidad de Michigan en los Estados Unidos, han desarrollado a base de nanoestructuras, una pequeña máquina que constituye un motor rotatorio y puede moverse en una dirección específica. Los investigadores usaron estructuras circulares de ADN y los resultados de estos experimentos serán presentados en la revista Nature Nanotechnology.
Las nanomáquinas incluyen estructuras de proteínas complejas y ácidos nucleicos que funcionan con energía química y pueden realizar movimientos dirigidos. Este principio es bien conocido por la naturaleza: las bacterias, por ejemplo, se impulsan hacia adelante usando en mucho casos un flagelo. El equipo de la Universidad de Bonn, el instituto de investigación Caesar en Bonn y la Universidad de Michigan (EE. UU.) Utilizaron estructuras hechas de nano aros de ADN vinculados como una cadena. "Un anillo cumple la función de una rueda, el otro lo maneja como un motor con la ayuda de energía química", tal y como lo explica el Profesor Dr. Michael Famulok del Instituto de Ciencias de la Vida y Ciencias Médicas (LIMES) de la Universidad de Bonn.
El pequeño vehículo mide solo unos 30 nanómetros o 3 x 10 -8 millonésimas de milímetro. El "combustible" lo proporciona la proteína "ARN polimerasa T7". Junto con el anillo que sirve como motor, esta enzima sintetiza una cadena de ARN basada en la secuencia de ADN y utiliza la energía química liberada durante este proceso para el movimiento de rotación del anillo de ADN. "A medida que la rotación progresa, la cadena de ARN crece como un hilo de la ARN polimerasa", informa el autor principal del estudio, el Dr. Julián Valero, del equipo de Famulok. Los investigadores están utilizando este hilo de ARN en constante expansión, que básicamente sobresale del motor como un producto de desecho, para mantener el pequeño vehículo en su curso en una pista de nanotubos de ADN.
La longitud de la unidad de prueba es de 240 nanómetros
Unido a este hilo, la máquina monociclo cubrió unos 240 nanómetros en su recorrido de prueba. "Esa fue la primera vez", dice Famulok. "La pista se puede extender como se desee". En el próximo paso, los investigadores no solo buscarán ampliar la longitud de la ruta, sino que además planificarán desafíos más complejos en la pista de prueba. En las nuevas pruebas, la nanomáquina debe decidir qué camino tomar. "Podemos usar nuestros propios métodos para predeterminar qué giro debe tomar la máquina", afirmó Valero recientemente.
Por supuesto, los científicos no pueden ver el pequeño vehículo trabajando a simple vista. Mediante el uso de un microscopio de fuerza atómica que escaneó la estructura de la superficie de la nanomáquina, los científicos pudieron visualizar los anillos de ADN entrelazados. Además, el equipo utilizó marcadores fluorescentes para mostrar que la "rueda" de la máquina estaba girando. Los "waymarkers" fluorescentes a lo largo de la ruta de los nanotubos se iluminaron tan pronto como el nano-monociclo pasó por ellos. Basado en eso, la velocidad del vehículo también podría calcularse: un giro de la rueda tomó aproximadamente diez minutos. No es muy rápido, pero es un gran paso para los investigadores. "Mover la nanomáquina en la dirección deseada no es algo trivial", dice Famulok.
Los componentes de la máquina se ensamblan por autoorganización
Por supuesto, a diferencia de las máquinas macroscópicas, la nanomáquina no se creó a base de soldaduras. La construcción se basa en el principio de la autoorganización. Al igual que en las células vivas, las estructuras deseadas surgen espontáneamente cuando los componentes correspondientes están disponibles. "Funciona como un rompecabezas imaginario", explica Famulok. Cada pieza del rompecabezas está diseñada para interactuar con otras partes muy específicas. Si se reúne exactamente a todas esas partes en un solo recipiente, cada partícula encontrará "su compañero" y la estructura deseada se creará automáticamente.
Por ahora, los científicos en todo el mundo han desarrollado numerosas nanomáquinas y nanomotores. Pero el método desarrollado por el equipo de Famulok es un principio completamente nuevo. "Este es un gran paso: no es fácil diseñar y realizar de manera confiable tal cosa a escala nanométrica", dice el científico. Su equipo quiere desarrollar muy pronto nanomotores aún más complejos. "Hasta ahora esto es una investigación básica", dice Famulok. "No es posible ver exactamente a dónde nos llevará". Con algo de imaginación, las posibles aplicaciones técnicas podrían incluir, por ejemplo, computadoras moleculares que realizan operaciones lógicas basadas en movimientos moleculares. Además, las pequeñas máquinas pueden transportar drogas a través del torrente sanguíneo justamente a donde se requieran. "Pero estas son todavía visiones del futuro", dice Famulok.
Las posibilidades de la nanotecnología son infinitas y sin lugar a dudas, está será la ciencia que gobernará el futuro cercano, pero mientras eso sucede, tan solo nos queda sentarnos a esperar.
tecnología del siglo XXI
