Nanobot - vastag, ragadós ujjak nélkül
Molekuláris méretű robotok - ez a látás felhasználható hatóanyagok szállítására, sejtek helyreállítására vagy más molekulák előállítására. A Christian-Albrechts-Universität zu Kiel kutatói most kifejlesztettek egyfajta molekuláris gépet, amely legyőzte egy közös akadályt ebben a jövőbeni technológiában: nincsenek vastag, ragacsos ujjai.
Kiel - A molekuláris gépek gondolatáról már régóta szó esik a nanotudományokban: Mesterségesen előállított kémiai vegyületek, amelyek képesek mechanikai munkát végezni. Az ilyen „nanorobotok” például gyógyászati anyagokat szállíthatnak, helyrehozhatják a hibás sejteket, vagy mérhetik a testben a gyulladást jelző hőmérsékleteket.
Nanobotok és "ujjproblémájuk"
Kim Eric Drexler amerikai mérnöknek az 1980-as években már az volt az elképzelése, hogy a molekuláris gépek úgynevezett összeszerelőként működnek: képesnek kell lenniük megragadni és pontosan elhelyezni az egyes atomokat, hogy összetett molekuláris struktúrákat építsenek fel. Végül Drexler azt mondta, képesek lesznek újratermelni magukat.
Ez a vízió egy intenzív tudományos vita kezdete volt: Az ellenfelek, akik nem tartották lehetségesnek az ilyen nanorobotok molekulákból való felépítését, lényegében két érvet hoztak fel, amelyeket a kutatásban "vastag és ragadós ujjak" problémájának neveznek. Eszerint egy összeszerelőnek számtalan „ujjával” kell rendelkeznie egy nanoméreten ahhoz, hogy meg tudja ragadni és elhelyezni a különféle atomokat - erre azonban egyszerűen nincs hely. Az ilyen „molekulaépítők” számára azonban a legfőbb akadály az a nehézség, amelyet „ragadós ujjaknak” neveznek, hogy képesek legyenek elengedni az atomokat, miután megfogták és letették őket.
A természet megmutatja, hogyan
Az elmúlt évek kutatási eredményei azonban arra utalnak, hogy az ilyen összeszerelők fejlesztése elvileg lehetséges. Rainer Herges, a Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) szerves kémia professzora is meg van róla győződve. „Végül is ilyen molekuláris összeállítók már léteznek a természetben, például riboszómák formájában, amelyek fehérjéket termelnek a sejtekben, vagy ATP, adenozin-trifoszfát szintéziséhez. E biokémiai szintézisek elvének tehát mesterségesen reprodukálhatónak kell lennie a laboratóriumban ”- mondja Herges.
Herges és kutatócsoportja most fontos lépést tett az ilyen nanorobotok felé: Olyan molekulát állítottak elő, amely egyedi építőelemeket vesz fel, és felhasználja őket kis gyűrűk összeállításához. Ezt a mesterséges összeszerelőt UV fény irányítja.
UV fény, mint hajtás és vezérlés
Az összeállító megvalósítása érdekében a tudósok addig csökkentették a biológiai folyamatok bonyolultságát, amíg szintetikus kémiai módszerekkel megvalósíthatók. A „Nanobot” funkcionális tesztje során a reakciópartnereket, négy vanadát-iont közelítették egymáshoz. UV-fénnyel vezérelhető összeszerelő molekula segítségével elindítottak egy reakciófolyamatot, amelyben egy új molekula képződik a négy vanadát építőelem összekapcsolásával gyűrűvé.
A kutatók UV-fénnyel is meg tudták oldani a „ragadós ujjproblémát”: 365 nanométeres hullámhosszú fénnyel besugárzva az összeszerelő molekula külső alakja megváltozik. Végei ekkor összenyomódnak, mint egy fogó, a belső tér túl kicsi lesz, és az új molekula felszabadul. Az UV fény felhasználása vezérléshez és külső energiaforrásként annak az előnye is, hogy könnyen használható, és - ellentétben a kémiai energiával - nem hoz létre nem kívánt mellékterméket.
Látomás: a fény átalakítása kémiai energiává nanobotokkal
Az aminosavakat fehérjévé alakító hasonló működő molekuláris gépek képesek lennének paradigmaváltást váltani a kémiai szintézis módszerekben kevesebb melléktermékkel és rövidebb szintézisekkel - mondja Herges. A Kiel-csoport azt is hangsúlyozza, hogy a kapott molekula energiája magasabb, mint a kiindulási anyagoké. "Még ha a gyártásuk is kihívást jelent, a molekuláris összeállítók hosszú távon új módot jelenthetnek a fényenergia kémiai energiává alakítására" - hangsúlyozza Herges.
Eredeti kiadvány: Hanno Sell, Anika Gehl, Daniel Plaul, Frank D. Sönnichsen, Christian Schütt, Felix Köhler, Kim Steinborn & Rainer Herges: A fényvezérelt molekuláris összeszerelő felé, Communications Chemistry 2. kötet, Cikkszám: 62 (2019); DOI: 10.1038/s42004-019-0163-y
* J. Siekmann, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, 24118 Kiel
A jövő tárolási technológiája
Mágneses nano-örvények - stabilak először segítség nélkül
A spintronika számára kifejlesztett kapcsolható molekulák
Molekula alapú számológép?
Ez a weboldal a Vogel Communications Group védjegye. Az összes termékről és szolgáltatásról áttekintést talál a www.vogel.de oldalon