{"id":388133,"date":"2022-07-22T10:14:03","date_gmt":"2022-07-22T08:14:03","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?post_type=selected&p=388133"},"modified":"2022-07-22T10:14:03","modified_gmt":"2022-07-22T08:14:03","slug":"erster-elektrischer-nanomotor-aus-dna-material","status":"publish","type":"selected","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/selected\/erster-elektrischer-nanomotor-aus-dna-material\/","title":{"rendered":"Erster elektrischer Nanomotor aus DNA-Material"},"content":{"rendered":"\n

Ob im Auto, der Bohrmaschine oder der automatischen Kaffeem\u00fchle \u2013 Motoren verrichten in unserem Alltag Arbeit, um verschiedenste Aufgaben zu bew\u00e4ltigen. Auf deutlich kleinerer Ebene \u00fcbernehmen nat\u00fcrliche molekulare Motoren lebenswichtige Aufgaben in unserem K\u00f6rper. So produziert beispielsweise die sogenannte ATP-Synthase das Molek\u00fcl Adenosintriphosphat (ATP), das unser K\u00f6rper zum kurzfristigen Speichern und \u00dcbertragen von Energie verwendet, so die Technische Universit\u00e4t M\u00fcnchen in einer Pressemeldung<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

W\u00e4hrend nat\u00fcrliche molekulare Motoren essentiell sind, war es bislang eine Herausforderung, Motoren in dieser Gr\u00f6\u00dfenordnung mit ann\u00e4hernd \u00e4hnlichen mechanischen Eigenschaften wie beispielsweise die der ATP-Synthase nachzubauen. Ein Forschungsteam hat nun einen funktionierenden molekularen Rotationsmotor in Nanogr\u00f6\u00dfe mit der Methode des DNA-Origami konstruiert. Ma\u00dfgeblich beteiligt waren die Arbeitsgruppen um Hendrik Dietz<\/a>, Professor f\u00fcr Biomolekulare Nanotechnologie an der TUM, Friedrich Simmel, Professor f\u00fcr Physik Synthetischer Biosysteme an der TUM sowie Ramin Golestanian, Direktor am Max-Planck-Institut f\u00fcr Dynamik und Selbstorganisation.<\/p>\n\n\n\n

Nanomotor setzt sich selbst zusammen<\/h3>\n\n\n\n

Der neuartige molekulare Motor besteht aus DNA, also Erbgut-Material. Zum Zusammensetzen des Motors aus DNA-Molek\u00fclen verwendeten die Forschenden die Methode des DNA-Origami, die 2006 von Paul Rothemund erfunden wurde und in der Folge auch an der TUM in den Arbeitsgruppen ma\u00dfgeblich weiterentwickelt wurde. Mehrere lange DNA-Einzelstr\u00e4nge dienen dabei als Ger\u00fcst. An diesen lagern sich weitere DNA-Str\u00e4nge als Gegenst\u00fccke an. Dabei werden die DNA-Sequenzen so gew\u00e4hlt, dass durch die entsprechenden Anlagerungen und Faltungen die gew\u00fcnschten Strukturen entstehen.<\/p>\n\n\n\n

\u201eWir arbeiten bereits seit vielen Jahren mit dieser Fabrikationsmethode und k\u00f6nnen inzwischen sehr pr\u00e4zise und komplexe Objekte entwickeln, wie zum Beispiel molekulare Schalter oder Hohlk\u00f6rper, die Viren einfangen k\u00f6nnen. Gibt man die DNA-Str\u00e4nge mit den entsprechenden Sequenzen in L\u00f6sung, setzen sich die Objekte von selbst zusammen\u201c, sagt Dietz.<\/p>\n\n\n\n

Der neue Nanomotor aus DNA-Material besteht aus drei Komponenten: Sockel, Plattform und Rotorarm. Der Sockel ist etwa 40 Nanometer hoch und \u00fcber chemische Verbindungen auf einer Glasplatte in L\u00f6sung verankert. Auf dem Sockel ist ein bis zu 500 Nanometer langer Rotorarm drehbar gelagert. Entscheidend f\u00fcr das Funktionsprinzip des Motors ist ein weiteres Bauteil: eine Plattform, die zwischen Sockel und Rotorarm liegt. Diese enth\u00e4lt 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, \u00e4hnlich wie bei einer Ratsche.<\/p>\n\n\n

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Viren-Falle aus DNA-Material k\u00f6nnte Coronaviren unsch\u00e4dlich machen<\/div>
Die Coronapandemie und das SARS-CoV-2-Virus sind nur ein Beispiel daf\u00fcr, dass es gegen Virus-Infektionen in den meisten F\u00e4llen kein Gegenmittel gibt. <\/div><\/div><\/div>\n\n\n

Gezielte Bewegung durch Wechselspannung<\/h3>\n\n\n\n

Ohne Energiezufuhr bewegen sich die Rotorarme der Motoren getrieben durch zuf\u00e4llige Kollisionen mit Molek\u00fclen aus dem umgebenden L\u00f6sungsmittel ungesteuert in die eine oder andere Richtung. Sobald jedoch \u00fcber zwei Elektroden Wechselspannung angelegt wird, drehen sich die Rotorarme gezielt und kontinuierlich in eine Richtung.<\/p>\n\n\n\n

\u201eDer neue Motor hat technisch bisher unerreichte mechanische F\u00e4higkeiten: Er kann Drehmomente im Bereich von 10 Piconewton-mal-Nanometer erzielen. Und er kann mehr Energie pro Sekunde erzeugen, als bei der Spaltung von zwei ATP-Molek\u00fclen freigesetzt wird\u201c, erkl\u00e4rt Ramin Golestanian, der unter anderem verantwortlich f\u00fcr die theoretische Beschreibung des Motormechanismus zeichnet.<\/p>\n\n\n\n

Kontrolle von Geschwindigkeit und Richtung<\/h3>\n\n\n\n

Die gerichtete Bewegung der Motoren entsteht durch eine \u00dcberlagerung der fluktuierenden elektrischen Kr\u00e4fte mit den Kr\u00e4ften, die der Rotorarm aufgrund der Ratschenhindernisse erf\u00e4hrt. Der zugrundeliegende Mechanismus entspricht dabei einer sogenannten \u201eFlashing Brown\u2019schen Ratsche\u201c. Die Forschenden k\u00f6nnen Geschwindigkeit und Richtung der Rotation \u00fcber die Feldrichtung und auch \u00fcber die Frequenz und Amplitude der Wechselspannung kontrollieren.<\/p>\n\n\n\n

\u201eDer neue Motor k\u00f6nnte zuk\u00fcnftig auch technische Anwendung finden. Wenn wir den Motor entsprechend weiterentwickeln, k\u00f6nnten wir damit zuk\u00fcnftig eventuell chemische Reaktionen nach dem Vorbild der ATP-Synthase antreiben. Dann k\u00f6nnte man beispielsweise Oberfl\u00e4chen dicht mit solchen Motoren beschichten. Dann gibt man Ausgangsstoffe hinzu, legt ein wenig Wechselspannung an und die Motoren produzieren die gew\u00fcnschte chemische Verbindung\u201c, spekuliert Dietz.<\/p>\n","protected":false},"author":2084,"featured_media":512632,"template":"","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":""},"categories":[36843],"tags":[110593,128191,25364],"location":[24328],"internal_archives":[],"class_list":["post-388133","selected","type-selected","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-digital-de-de","tag-dna-de","tag-nanomotor-de","tag-tum-de-de","location-deutschland"],"blocksy_meta":[],"acf":[],"featured_img":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-content\/uploads\/2022\/04\/1616947.jpg","coauthors":[],"author_meta":{"author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/mauro-mereu\/","display_name":"Mauro Mereu"},"relative_dates":{"created":"Posted 4 years ago","modified":"Updated 4 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on July 22, 2022","modified":"Updated on July 22, 2022"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on July 22, 2022 10:14 am","modified":"Updated on July 22, 2022 10:14 am"},"featured_img_caption":"","tax_additional":{"category":{"linked":["Digital<\/a>"],"unlinked":["Digital<\/span>"],"slug":"category","name":"Categories"},"post_tag":{"linked":["DNA<\/a>","nanomotor<\/a>","TUM<\/a>"],"unlinked":["DNA<\/span>","nanomotor<\/span>","TUM<\/span>"],"slug":"post_tag","name":"Tags"},"language":{"linked":["DE<\/a>"],"unlinked":["DE<\/span>"],"slug":"language","name":"Tags"},"post_translations":{"linked":["pll_62da4ebd30f30<\/a>"],"unlinked":["pll_62da4ebd30f30<\/span>"],"slug":"post_translations","name":""},"location":{"linked":["Deutschland<\/a>"],"unlinked":["Deutschland<\/span>"],"slug":"location","name":"Locations"},"internal_archives":{"linked":[],"unlinked":[],"slug":"internal_archives","name":"Internal Archives"}},"series_order":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/selected\/388133","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/selected"}],"about":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/types\/selected"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2084"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media\/512632"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=388133"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=388133"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=388133"},{"taxonomy":"location","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/location?post=388133"},{"taxonomy":"internal_archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/internal_archives?post=388133"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}