Un team di ricerca internazionale guidato dalla Delft University of Technology ha introdotto una svolta pionieristica nel mondo dei nanomotori: la nanoturbina origami a DNA.
Le turbine azionate dal flusso sono il cuore di molte macchine che hanno rivoluzionato la nostra società, dai mulini a vento agli aeroplani. Ora un gruppo di ricerca internazionale, capeggiato dalla Delft University of Technology, nei Paesi Bassi, ha sviluppato una nanoturbina origami a DNA. Questo dispositivo su scala nanometrica potrebbe rappresentare un cambio di paradigma, sfruttando la potenza dei gradienti ionici o del potenziale elettrico attraverso un nanoporo allo stato solido per guidare la turbina in rotazioni meccaniche.
Anatomia del nuovo componente
La turbina origami a DNA presenta tre pale chirali, tutte situate all’interno di un minuscolo telaio da 25 nanometri, che funzionano in un nanoporo allo stato solido. Progettando due turbine chirali, i ricercatori hanno trovato la capacità di dettare la direzione di rotazione, in senso orario o antiorario: “Per funzionare, questa struttura è ancorata a un forte flusso d’acqua, controllato da un campo elettrico o da una differenza di concentrazione di sale, mediante un nanoporo, una piccola apertura in una membrana sottile – racconta il ricercatore Xin Shi –. Abbiamo usato la nostra turbina per azionare un’asta rigida fino a 20 giri al secondo“.
Uno degli aspetti più interessanti di questa ricerca è la natura unica della rotazione della nanoturbina: a seconda della concentrazione di ioni Na+ nella soluzione, può girare in senso orario o antiorario. Questa caratteristica unica, esclusiva della nanoscala, risulta dall’intricata interazione tra ioni, acqua e DNA. Questi risultati, supportati da estese simulazioni di dinamica molecolare effettuate dal gruppo presso l’Università dell’Illinois e dalla modellazione teorica realizzata presso MPI Göttingen, promettono di espandere gli orizzonti della nanotecnologia e offrono numerose applicazioni.
La tecnica degli origami a DNA utilizza le interazioni specifiche tra coppie di basi complementari del DNA per costruire nano-oggetti dinamici 3D. Questo design consente di controllare la direzione di rotazione della turbina nei nanopori attraverso la manovrabilità delle pale e consente l’integrazione diretta della turbina in altre nanomacchine.
