연구원들은 펄스형 나노모터를 설계했습니다.

연구원들은 펄스형 나노모터를 설계했습니다.

타임 스탬프 : 19 년 2023 월 10 일 오전 37:XNUMX
소스 노드 : 2945091
19년 2023월 XNUMX일(나노 워크 뉴스) 본 대학교(University of Bonn)가 이끄는 국제 과학자 팀이 새로운 유형의 나노모터를 개발했습니다. 영리한 메커니즘으로 구동되며 펄스 동작을 수행할 수 있습니다. 연구원들은 이제 이를 커플링과 함께 장착하고 복잡한 기계의 드라이브로 설치할 계획입니다.

주요 요점

  • 연구원들은 핸드 그립 트레이너와 유사하게 펄스 동작을 수행하지만 크기가 백만 배 더 작은 새로운 유형의 나노모터를 개발했습니다.
  • 나노모터는 RNA 폴리머라제를 사용하여 DNA 가닥을 따라 움직이며 핸들을 한 주기로 더 가깝게 당겨 세포의 단백질 기능을 모방합니다.
  • 이 독특한 모터는 세포가 단백질을 생성하는 데 사용하는 것과 동일한 에너지원인 뉴클레오티드 삼인산염에 의해 구동됩니다.
  • 모터는 다른 구조와 쉽게 결합할 수 있는 것으로 입증되었으며, 이는 복잡한 나노 기계에 사용될 가능성이 있음을 시사합니다.
  • 활동을 제어하는 ​​클러치 시스템 개발을 포함하여 나노모터의 성능을 최적화하기 위한 추가 작업이 진행되고 있습니다.
    • 두 개의 '손잡이'를 함께 당겼다가 다시 풀어주는 RNA 중합효소를 갖춘 새로운 유형의 나노모터입니다. 이는 펄스 운동을 생성합니다. 두 개의 "손잡이"를 함께 당겼다가 다시 풀어주는 RNA 중합효소를 갖춘 새로운 유형의 나노모터입니다. 이는 펄스 운동을 생성합니다. (이미지 : 본 대학교 Mathias Centola)

    연구

    이제 팀의 연구 결과가 저널에 게재되었습니다. 자연 나노 기술 ("수동적인 추종자를 구동하는 리드미컬하게 펄스하는 판 스프링 DNA 종이 접기 나노 엔진"). 이 새로운 유형의 모터는 정기적으로 사용할 때 그립력을 강화하는 핸드 그립 트레이너와 유사합니다. 그러나 모터는 약 백만 배 더 작습니다. 두 개의 핸들이 V자형 구조로 스프링으로 연결되어 있습니다. 핸드 그립 트레이너에서는 스프링의 저항에 맞서 핸들을 함께 꽉 쥐게 됩니다. 그립을 놓으면 스프링이 핸들을 원래 위치로 밀어냅니다. "우리 모터는 매우 유사한 원리를 사용합니다."라고 본 대학 생명의학과학(LIMES) 연구소의 Michael Famulok 교수는 설명합니다. "하지만 손잡이는 함께 누르는 것이 아니라 함께 당겨집니다." 이를 위해 연구자들은 식물이나 동물이 존재하지 않는 메커니즘의 용도를 변경했습니다. 모든 세포에는 일종의 도서관이 갖추어져 있습니다. 여기에는 세포가 기능을 수행하는 데 필요한 모든 유형의 단백질에 대한 청사진이 포함되어 있습니다. 세포가 특정 유형의 단백질을 생산하기를 원하면 해당 청사진의 사본을 주문합니다. 이 전사체는 RNA 중합효소에 의해 생성됩니다.

    RNA 폴리머라제는 펄스 운동을 구동합니다

    원래 청사진은 긴 DNA 가닥으로 구성되어 있습니다. RNA 중합효소는 이 가닥을 따라 이동하며 저장된 정보를 한 글자씩 복사합니다. 본 대학의 학제간 연구 분야인 "생명 및 건강"과 "물질"의 일원이기도 한 Famulok은 "우리는 RNA 중합효소를 나노머신의 손잡이 중 하나에 부착했습니다."라고 설명합니다. “가까이서 우리는 두 손잡이 사이에 DNA 가닥을 긴장시켰습니다. 중합효소는 이 가닥을 붙잡고 복사합니다. 스탠드를 따라 스스로 끌어당기며 기록되지 않은 부분이 점점 작아집니다. 그러면 두 번째 손잡이가 첫 번째 손잡이 쪽으로 조금씩 당겨지면서 동시에 스프링이 압축됩니다.” 손잡이 사이의 DNA 가닥에는 끝나기 직전에 특정 문자 시퀀스가 ​​포함되어 있습니다. 소위 종결 서열이라고 불리는 이 서열은 중합효소에 DNA를 놓아야 한다는 신호를 보냅니다. 이제 스프링이 다시 이완되어 핸들이 분리됩니다. 이는 가닥의 시작 서열을 중합효소 근처로 가져오며 분자 복사기는 새로운 전사 과정을 시작할 수 있습니다. 따라서 주기가 반복됩니다. “이런 방식으로 우리의 나노모터는 펄스 동작을 수행합니다”라고 많은 실험을 수행한 Famulok 교수가 이끄는 연구 그룹의 Mathias Centola가 설명합니다.

    알파벳 수프가 연료 역할을 합니다.

    이 모터도 다른 유형의 모터와 마찬가지로 에너지가 필요합니다. 이는 중합효소가 전사물을 생성하는 “알파벳 수프”에 의해 제공됩니다. 이 문자들(기술 용어로 뉴클레오티드) 각각은 3개의 인산염 그룹, 즉 삼인산염으로 구성된 작은 꼬리를 가지고 있습니다. 기존 문장에 새로운 문자를 붙이기 위해 중합효소는 이들 인산염 그룹 중 두 개를 제거해야 합니다. 이는 문자를 서로 연결하는 데 사용할 수 있는 에너지를 방출합니다. "따라서 우리의 모터는 뉴클레오티드 삼인산염을 연료로 사용합니다."라고 Famulok은 말합니다. "충분한 수의 사용 가능한 경우에만 계속 실행될 수 있습니다." 미국 미시간 주에 본사를 둔 협력 파트너 중 한 곳은 개별 나노모터를 모니터링함으로써 그들이 실제로 예상한 움직임을 수행한다는 것을 입증할 수 있었습니다. 애리조나의 한 연구 그룹도 고속 컴퓨터에서 프로세스를 시뮬레이션했습니다. 예를 들어, 결과는 특정 맥동률에서 작동하도록 모터를 최적화하는 데 사용될 수 있습니다. 또한 연구진은 모터가 다른 구조와 쉽게 결합될 수 있음을 입증할 수 있었습니다. 이를 통해 예를 들어 표면을 돌아다니는 것이 가능해집니다. 이는 마치 고유한 스타일로 나뭇가지를 따라 스스로 당기는 자벌레와 유사합니다. Famulok은 “우리는 특정 시간에만 모터의 동력을 활용하고 그 외에는 공회전 상태로 둘 수 있는 클러치 유형을 생산할 계획입니다.”라고 설명합니다. 장기적으로 모터는 복잡한 나노머신의 핵심이 될 수 있다. “그러나 이 단계에 도달하기까지는 아직 해야 할 일이 많습니다.”

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