In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: ein molekularer Elektromotor, der sich mit der Methode des DNA-Origami selbst zusammensetzt.

Molekulare Motoren übernehmen in unserem Körper lebenswichtige Aufgaben. Beispielsweise dient das Molekül Adenosintriphosphat (ATP) zum kurzfristigen Speichern und Übertragen von Energie. Es wird mit der sogenannten ATP-Synthase produziert. Ein Nachbau war bislang eine Herausforderung. Nun hat ein Forschungsteam unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) einen funktionierenden molekularen Rotationsmotor in Nanogröße mit der Methode des DNA-Origami konstruiert.

Der neuartige molekulare Motor besteht aus Erbgut-Material. Zum Zusammensetzen des Motors aus DNA-Molekülen verwendeten die Forschenden die Methode des DNA-Origami. Mehrere lange DNA-Einzelstränge dienen dabei als Gerüst. An diesen lagern sich weitere DNA-Stränge als Gegenstücke an. Dabei werden die DNA-Sequenzen so gewählt, dass durch die entsprechenden Anlagerungen und Faltungen die gewünschten Strukturen entstehen.

Sockel, Plattform und Rotorarm sind die drei Komponenten des Nanomotors. Der Sockel ist etwa 40 Nanometer hoch und über chemische Verbindungen auf einer Glasplatte in Lösung verankert. Auf dem Sockel ist ein bis zu 500 Nanometer langer Rotorarm drehbar gelagert. Dazwischen liegt die Plattform. Sie enthält Hindernisse, die die Bewegung des Rotorarms beeinflussen. Um die Hindernisse zu passieren und sich zu drehen, muss sich der Rotorarm ein wenig nach oben verbiegen, ähnlich wie bei einer Ratsche.

Wird über zwei Elektroden Wechselspannung im umgebenden Lösungsmittel angelegt, drehen sich die Rotorarme gezielt und kontinuierlich in eine Richtung. Dabei kann der Motor Drehmomente im Bereich von zehn Piconewton-Nanometer erzielen. Die gerichtete Bewegung der Motoren entsteht durch eine Überlagerung der fluktuierenden elektrischen Kräfte mit den Kräften, die der Rotorarm aufgrund der Ratschenhindernisse erfährt. Der zugrundeliegende Mechanismus entspricht dabei einer sogenannten „Flashing Brown’schen Ratsche“. Die Forschenden können Geschwindigkeit und Richtung der Rotation über die Feldrichtung und auch über die Frequenz und Amplitude der Wechselspannung kontrollieren.

Die Forschenden wollen den Motor so weiterentwickeln, dass er künftig chemische Reaktionen nach dem Vorbild der ATP-Synthase antreiben bzw. produzieren kann.

Zur Originalpublikation in der Fachzeitschrift Nature

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Es ist für uns eine Selbstverständlichkeit, dass wir verantwortungsvoll mit Ihren personenbezogenen Daten umgehen. Sofern wir personenbezogene Daten von Ihnen erheben, verarbeiten wir diese unter Beachtung der geltenden Datenschutzvorschriften. Detaillierte Informationen finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Ich bin damit einverstanden, dass die Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, Max-Planckstr. 7-9, 97082 Würzburg einschließlich aller mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen (im weiteren: Vogel Communications Group) meine E-Mail-Adresse für die Zusendung von redaktionellen Newslettern nutzt. Auflistungen der jeweils zugehörigen Unternehmen können hier abgerufen werden.

Der Newsletterinhalt erstreckt sich dabei auf Produkte und Dienstleistungen aller zuvor genannten Unternehmen, darunter beispielsweise Fachzeitschriften und Fachbücher, Veranstaltungen und Messen sowie veranstaltungsbezogene Produkte und Dienstleistungen, Print- und Digital-Mediaangebote und Services wie weitere (redaktionelle) Newsletter, Gewinnspiele, Lead-Kampagnen, Marktforschung im Online- und Offline-Bereich, fachspezifische Webportale und E-Learning-Angebote. Wenn auch meine persönliche Telefonnummer erhoben wurde, darf diese für die Unterbreitung von Angeboten der vorgenannten Produkte und Dienstleistungen der vorgenannten Unternehmen und Marktforschung genutzt werden.

Falls ich im Internet auf Portalen der Vogel Communications Group einschließlich deren mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen geschützte Inhalte abrufe, muss ich mich mit weiteren Daten für den Zugang zu diesen Inhalten registrieren. Im Gegenzug für diesen gebührenlosen Zugang zu redaktionellen Inhalten dürfen meine Daten im Sinne dieser Einwilligung für die hier genannten Zwecke verwendet werden.

Mir ist bewusst, dass ich diese Einwilligung jederzeit für die Zukunft widerrufen kann. Durch meinen Widerruf wird die Rechtmäßigkeit der aufgrund meiner Einwilligung bis zum Widerruf erfolgten Verarbeitung nicht berührt. Um meinen Widerruf zu erklären, kann ich als eine Möglichkeit das unter https://support.vogel.de abrufbare Kontaktformular nutzen. Sofern ich einzelne von mir abonnierte Newsletter nicht mehr erhalten möchte, kann ich darüber hinaus auch den am Ende eines Newsletters eingebundenen Abmeldelink anklicken. Weitere Informationen zu meinem Widerrufsrecht und dessen Ausübung sowie zu den Folgen meines Widerrufs finde ich in der Datenschutzerklärung, Abschnitt Redaktionelle Newsletter.

Wie elektronische Haut richtungsabhängige Berührung spürt

Wie „Nano-Pralinen“ unser Energieproblem lösen könnten

Cookie-Manager Leserservice Datenschutz Impressum AGB Hilfe Abo-Kündigung Mediadaten Werbekunden-Center Abo Autoren

Copyright © 2022 Vogel Communications Group

Diese Webseite ist eine Marke von Vogel Communications Group. Eine Übersicht von allen Produkten und Leistungen finden Sie unter www.vogel.de

DigitalGenetics - stock.adobe.com; TU Chemnitz / Forschungsgruppe Prof. Dr. Oliver G. Schmidt; ©malp - stock.adobe.com; Actronic-Solutions GmbH; IKT; gemeinfrei; HP; © JenkoAtaman - stock.adobe.com; cadhysign - stock.adobe.com; Lapp; Hradil / mmmx/shutterstock; ©korkeng / stock.adobe.com; Adobe Stock/mehmetbuma; gopixa - stock.adobe.com; totojang1977 - stock.adobe.com; Plagiarius; Olympiapark München; GRIP; item; Adobe Stock