Ecco a voi la nanoturbina realizzata con DNA
I motori rotativi svolgono un ruolo importante nella conversione di un tipo di energia in un altro. Il loro utilizzo in macchine che vanno dai mulini a vento agli aeroplani ha contribuito a plasmare il mondo così come lo conosciamo. Nel nostro corpo, il lavoro di conversione dell’energia è svolto da turbine su scala nanometrica, come la proteina ATP sintasi presente nelle nostre cellule. Sebbene nel corso della storia l’umanità sia riuscita a costruire motori rotativi di molte dimensioni diverse su macroscala, la capacità di replicare i sofisticati motori biologici della natura su scala nanometrica è rimasta una sfida. Una nuova ricerca sostenuta dai progetti LoopingDNA e DNA ORIGAMI MOTORS, finanziati dall’UE, indica ora la strada per rendere tutto ciò una realtà. La ricerca è stata condotta da un team internazionale che è riuscito a dimostrare sperimentalmente turbine origami a DNA su scala nanometrica con tre pale chirali. I risultati ottenuti sono stati pubblicati sulla rivista «Nature Nanotechnology». «La nostra nanoturbina è dotata di un rotore del diametro di 25 nanometri fatto di DNA con pale configurate in senso destrorso o sinistrorso per controllare il senso di rotazione», spiega in un articolo apparso su «EurekAlert!» l’autore principale dello studio, il dott. Xin Shi, dell’Università tecnica di Delft, nei Paesi Bassi, che ha coordinato il progetto LoopingDNA. «Per funzionare, questa struttura viene agganciata a un forte flusso d’acqua, controllato da un campo elettrico o da una differenza di concentrazione salina, da un nanoporo, una minuscola apertura, in una sottile membrana. Abbiamo utilizzato la nostra turbina per far compiere a un’asta rigida fino a 20 giri al secondo.»
Dipende dal sale
Cosa influenza allora la rotazione della nanoturbina origami a DNA? Il segreto sta nella concentrazione di sodio in una soluzione. La turbina girerà in senso orario o antiorario, a seconda della concentrazione di ioni Na+ della soluzione. «Questa caratteristica unica, esclusiva del regno della nanoscala, deriva dall’intricata interazione tra ioni, acqua e DNA», si legge nell’articolo. In condizioni fisiologiche le nanoturbine artificiali funzionano autonomamente, convertendo l’energia dei potenziali elettrochimici naturalmente abbondanti in lavoro meccanico. Questa capacità apre la strada a molte nuove applicazioni. Ad esempio, un giorno gli scienziati potrebbero essere in grado di utilizzare gli origami a DNA per costruire nanomacchine che somministrano farmaci a specifici tipi di cellule del corpo umano. Sulla base del loro lavoro precedente sui nanorotori a flusso, anch’esso sostenuto da LoopingDNA (Bottom up biophysics approach to resolve the looping structure of chromosomes) e DNA ORIGAMI MOTORS (Constructing and powering nanoscale DNA origami motors), i ricercatori hanno creato una turbina di cui hanno il pieno controllo della progettazione e del funzionamento. L’importanza di questo risultato è sottolineata dal dott. Shi: «Abbiamo svelato i principi fondamentali che stanno alla base della propulsione di un rotore su scala nanometrica utilizzando acqua e sale nei nanopori. La svolta di quest’anno, guidata da un design razionale, segna la fase successiva del nostro viaggio. I principi fondamentali del nostro precedente lavoro, combinati con le innovazioni di questo, pongono le basi per il futuro delle macchine biomimetiche transmembrana, con il potenziale di sfruttare l’energia dei gradienti salini, una fonte energetica vitale impiegata dai motori biologici». Per maggiori informazioni, consultare: progetto LoopingDNA progetto DNA ORIGAMI MOTORS
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