அச்சு-சுழலி நானோ இயந்திரங்கள்

வாஷிங்டன் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்களின் ஒரு பெரிய குழு, யுனிவர்சிட்டி மாண்ட்பெல்லியர் மற்றும் பிரெட் ஹட்சின்சன் புற்றுநோய் ஆராய்ச்சி மையத்தின் சக ஊழியர்களுடன் இணைந்து, ஒரு அச்சு-சுழலி நானோ இயந்திரத்தை உருவாக்குவதற்கு ஒரு முக்கிய படியை எடுத்துள்ளது. சயின்ஸ் இதழில் வெளியிடப்பட்ட அவர்களின் ஆய்வறிக்கையில், இ.கோலியை தனிப்பயனாக்க DNA குறியீட்டை எவ்வாறு பயன்படுத்தினர், மற்றும் அவற்றை சுழலிகள் மற்றும் அச்சுகளில் ஒன்றுசேர்க்கும் புரதங்களை எவ்வாறு உருவாக்கினார்கள் என்பதை பற்றியும் ஆய்வு மேற்கொண்டனர்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் சுட்டிக்காட்டியுள்ளபடி, மூலக்கூறு மோட்டார்கள் இயற்கையில் ஏராளமாக உள்ளன, அவை ஒரு பாக்டீரியத்தின் வால் முதல் ATPase-இல் உள்ள F1 மோட்டார் வரை இருக்கும். அத்தகைய எடுத்துக்காட்டுகள் பயனுள்ள மாதிரிகளாக செயல்பட்டாலும், அவற்றை இயற்கையில் பயன்படுத்த அல்லது ஆய்வகத்தில் புதியவற்றை வடிவமைக்கும் முயற்சிகள் பெரும்பாலும் தோல்வியடைந்தன. ஏனென்றால், இயற்கை என்சைம்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட செயல்பாட்டைக் கொண்டிருக்கின்றன, அதேசமயம் செயற்கை முயற்சிகளில் புரத மடிப்பு கணிக்க முடியாதது. குழு மற்றவர்களுக்கு ஏற்பட்ட சில தடைகளைத் தாண்டி, அத்தகைய சாதனத்திற்குத் தேவையான இரண்டு கூறுகளான அச்சு மற்றும் சுழலியை உருவாக்குவதன் மூலம் மூலக்கூறு மோட்டாரை உருவாக்குவதற்கான முக்கிய படியை எடுத்துள்ளது. அதனால் அவர்களால் இந்த இரண்டு கூறுகளையும் ஒன்றாக இணைக்க முடிந்தது.

அவற்றின் இயந்திர கூறுகளை உருவாக்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் முதலில் ரொசெட்டா என்ற மென்பொருளைப் பயன்படுத்தினர், இது குறிப்பிட்ட விட்டம் கொண்ட வளைய வடிவ புரதங்களை வடிவமைக்க அனுமதிக்கிறது. பின்னர் புரோட்டீன்களை உருவாக்கும் ஈ.கோலி பாக்டீரியாவில் உள்ள அமினோ அமிலங்களுக்கு DNA குறியீட்டைச் சேர்க்க நிரலிலிருந்து தரவைப் பயன்படுத்தினர். புரதங்கள் அமினோ அமிலங்களின் சங்கிலிகளால் ஆனவை. இந்த அமினோ அமிலங்களின் வரிசையே அவை மடிந்தவுடன் அவற்றின் வடிவத்தை தீர்மானிக்கிறது. குழுவால் சில புரத மூலக்கூறு சுழலிகளை உருவாக்குவது மட்டுமல்லாமல் அச்சுகளை உருவாக்கவும் முடிந்தது. பின்னர் அவர்கள் மேலும் சென்று பல புரதங்களை ஒன்றிணைத்து ஒரு சுழலும் மோட்டாரின் அடிப்படை கூறுகளை உருவாக்கினர்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் கிரையோஜெனிக் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்தி, தாங்கள் உருவாக்கிய இயந்திர முன்மாதிரிகளின் பாகங்கள் விரும்பிய வடிவத்தில் மடிந்திருப்பதைக் கண்டறிந்தனர். ஆனால் அத்தகைய நுண்ணோக்கிகளால் ஒரு முறைக்கு ஒரு படம் மட்டுமே எடுக்க முடியும் என்பதால், சுழலிகள் சுழல்கிறதா என்பதை அவர்களால் அறிய முடியவில்லை.

ஆராய்ச்சியாளர்களின் அடுத்த குறிக்கோள், விரும்பிய திசையில் சுழலுவதற்கு சுழலியைத் தள்ளும் கூறுகளைக் கொண்ட ஒரு மூலக்கூறு இயந்திரத்தை வடிவமைப்பதாகும்.

References:

• Lu, S., Huang, M., Huang, G., Guo, Q., Li, H., Deng, J., & Yu, Y. (2022). Two ‘braking mechanisms’ for tin phthalocyanine molecular rotors on dipolar iron oxide surfaces. Nanoscale Advances, 4(4), 1213-1219.
• Wang, J. (2013). Nanomachines: fundamentals and applications. John Wiley & Sons.
• Casano, G., Poulhès, F., Tran, T. K., Ayhan, M. M., Karoui, H., Siri, D., & Ouari, O. (2015). High binding yet accelerated guest rotation within a cucurbit [7] uril complex. Toward paramagnetic gyroscopes and rolling nanomachines. Nanoscale, 7(28), 12143-12150.
• Ellis, E., Moorthy, S., Chio, W. I. K., & Lee, T. C. (2018). Artificial molecular and nanostructures for advanced nanomachinery. Chemical Communications, 54(33), 4075-4090.
• Chérioux, F., Galangau, O., Palmino, F., & Rapenne, G. (2016). Controlled directional motions of molecular vehicles, rotors, and motors: from metallic to silicon surfaces, a strategy to operate at higher temperatures. ChemPhysChem, 17(12), 1742-1751.