Una nanoturbina fabricada con material de ADN
Los motores rotativos desempeñan un papel importante en la conversión de un tipo de energía en otro. Su uso en máquinas como los molinos de viento o los aviones ha contribuido a dar forma al mundo tal como lo conocemos. En nuestro cuerpo, el trabajo de conversión de energía lo realizan nanoturbinas como la proteína trifosfato de adenosina sintasa que se encuentra en nuestras células. Aunque a lo largo de la historia la humanidad ha logrado construir motores rotativos de muy diversos tamaños a macroescala, la capacidad de reproducir los sofisticados motores biológicos de la naturaleza a nanoescala ha seguido siendo un reto. Una nueva investigación respaldada por los proyectos LoopingDNA y DNA ORIGAMI MOTORS, financiados con fondos europeos, señala ahora el camino para hacerlo realidad. La investigación fue llevada a cabo por un equipo internacional que consiguió demostrar experimentalmente nanoturbinas de papiroflexia de ADN diseñadas de forma racional con tres palas quirales. Los hallazgos se publicaron en la revista «Nature Nanotechnology». «Nuestra nanoturbina tiene un rotor de veinticinco nanómetros de diámetro fabricado a partir de material de ADN con palas configuradas en sentido diestro o zurdo para controlar el sentido de giro —explica el autor principal del estudio, el doctor Xin Shi, coordinador del proyecto LoopingDNA de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), en una nota de prensa publicada en EurekAlert! —. Para funcionar, esta estructura se acopla a un fuerte flujo de agua, controlado por un campo eléctrico o una diferencia de concentración salina, a partir de un nanoporo (una diminuta abertura), en una fina membrana. Usamos nuestra turbina para impulsar una barra rígida hasta veinte revoluciones por segundo».
Depende de la sal
¿Qué afecta a la rotación de la nanoturbina de papiroflexia de ADN? El secreto reside en la concentración de sodio en una solución. La turbina girará en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario, dependiendo de la concentración de iones Na+ de la solución. «Esta característica particular, exclusiva de la escala nanométrica, es el resultado de la intrincada interacción entre iones, agua y ADN», se informa en la nota de prensa. Las nanoturbinas artificiales funcionan de forma autónoma en condiciones fisiológicas y, así convierten la energía de potenciales electroquímicos abundantes de forma natural en trabajo mecánico. Esta capacidad abre el camino a muchas aplicaciones nuevas. Por ejemplo, algún día los científicos podrán utilizar la papiroflexia de ADN para construir nanomáquinas que administren fármacos a tipos específicos de células del cuerpo humano. Basándose en su trabajo anterior sobre nanorrotores accionados por flujo, que también contó con el apoyo de LoopingDNA Bottom up biophysics approach to resolve the looping structure of chromosomes) y DNA ORIGAMI MOTORS (Constructing and powering nanoscale DNA origami motors), los investigadores han creado una turbina cuyo diseño y funcionamiento controlan totalmente. El doctor Shi destaca la importancia de este logro: «Hemos desvelado los principios fundamentales para propulsar un nanorrotor utilizando agua y sal en nanoporos. El gran avance de este año, impulsado por el diseño racional, marca la siguiente fase de nuestro viaje. Los principios fundamentales de nuestro anterior artículo, combinados con las innovaciones de este, sientan las bases para el futuro de las máquinas transmembrana biomiméticas, con el potencial de aprovechar la energía de los gradientes salinos, una fuente de energía vital empleada por los motores biológicos». Para más información, consulte: Proyecto LoopingDNA Proyecto DNA ORIGAMI MOTORS
Palabras clave
LoopingDNA, DNA ORIGAMI MOTORS, papiroflexia de ADN, energía, motor, turbina, nanoescala, nanoturbina
