DNR nanoturbinų potencialo tyrimas

Įvadas į nanoskalių turbinas

Biologinės ATP sintazės įkvėptos nanomastelinės turbinos, kurių tikslioms konstrukcijoms naudojami pažangūs DNR origami metodai ir kurios veikia autonomiškai. Šios turbinos, varomos jonų gradientų, siūlo kontroliuojamą sukimąsi ir galimą panaudojimą vaistų pristatymui ir švelniai varomajai jėgai. Jonų gradientas varo ATP sintazę, kuri yra etalonas kuriant sintetines nano dydžio turbinas. Jos veikimas yra efektyvus ir autonomiškas, todėl ji įkvėpė kurti DNR turbinas.

Turbinos projektavimas

Tyrėjai pradėjo nuo vienos DNR gijos, kuri tarnauja kaip norimos formos stuburas arba karkasas. Po to sintetinamos trumpesnės DNR grandinės, vadinamos "staple strands". Šios gijos nuspėjamai jungiasi prie karkaso, sulankstydamos jį į norimą formą. Visas procesas priklauso nuo bazinių porų sąveikos tarp karkaso ir pagrindinių gijų, kuri pasiekiama per atkaitinimą.

DNR turbinos maitinimas

Tyrėjai pademonstravo DNR turbinos sukimąsi naudodami nuolatinės srovės įtampą ir transmembraninį jonų gradientą (kaip ATP sintazės atveju). Biologines sistemas dažnai sudaro jonų gradientai, pavyzdžiui, ATP sintazės atveju - protonų gradientas. Jonų gradientas sukuria elektrocheminio potencialo skirtumą, kaip du baterijos galai. Visa tai vyksta nanoporų (mažų skylučių arba kanalų) viduje, kur yra DNR turbina. Šioje nanoporoje galima nustatyti jonų gradientą per membraną. Jonams tekant per nanoporą, jie veikia DNR turbiną, todėl ji sukasi.

Modeliavimas ir galimas pritaikymas

Kitas svarbus tyrimo komponentas - molekulinės dinamikos (MD) modeliavimas, kuris buvo labai svarbus įvairiais DNR turbinos konstrukcijos optimizavimo aspektais. Sukūrus DNR turbinas, MD modeliavimas padėjo ištirti sistemos elgesį įvairiomis sąlygomis, pavyzdžiui, esant skirtingiems elektriniams laukams ir jonų koncentracijai. Be to, jie leido ištirti sukimosi charakteristikas ir patvirtinti eksperimentinius duomenis, pavyzdžiui, bazinių porų sąveiką.

Išvada

DNR nanoturbinų sukūrimas žymi didelę pažangą nanotechnologijų ir biomedicinos srityje. Šios turbinos ne tik imituoja natūralią ATP sintazę, bet ir suteikia naujų galimybių vaistų pristatymo ir mikroskopinio biologinių sistemų tyrimo srityse. Vykstant moksliniams tyrimams, DNR nanoturbinų pritaikymo galimybės toliau plečiasi, žadėdamos revoliucinius pokyčius medicinos technologijų srityje ir ne tik.