செயற்கை மூலக்கூறு மோட்டார்களின் திறன்

சிங்கப்பூர் தேசிய பல்கலைக்கழக இயற்பியலாளர்கள் மனிதனால் உருவாக்கப்பட்ட ஒற்றை மூலக்கூறு மோட்டார் மனித தசைகளுக்கு ஆற்றலை வழங்கும் இயற்கையாக நிகழும் சக்தியைப் போன்ற ஒரு சக்தியை வெளிப்படுத்த முடியும் என்று நிரூபித்துள்ளனர். அவற்றின் முடிவுகள் நானோஸ்கேலில் வெளியிடப்பட்டுள்ளன.

நானோ அளவிலான இயந்திரங்கள் உயிரினங்களின் இயக்கத்தின் இன்றியமையாதவையாக திகழ்கின்றன. இயந்திர இயக்கத்தை உருவாக்க மனித உடலில் உள்ள பல்வேறு ஆற்றல் மூலங்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த விசை உருவாக்கும் திறன் மூலக்கூறுகளுக்கு இயந்திர வேலைகளை வழங்க உதவுகிறது மற்றும் அவற்றின் ஆற்றல் மாற்றும் திறனின் அளவீடு ஆகும்.

இயற்கையாக நிகழும் மூலக்கூறு மோட்டார் புரதங்களால் உருவாக்கப்பட்ட சக்திகளின் அளவீடு இரண்டு தசாப்தங்களுக்கு முன்னர் அடையப்பட்டது, ஆனால் இனப்பெருக்கம் செய்வது கடினமாக உள்ளது. இருப்பினும், DNA (deoxyribonucleic acid) மூலம் செயற்கை மனிதனால் உருவாக்கப்பட்ட மூலக்கூறு மோட்டார்கள் போன்ற அளவீடுகள் சவாலாகவே இருக்கின்றன. NUS இயற்பியல் துறையைச் சேர்ந்த, இணைப் பேராசிரியர் ஜிசோங் வாங் மற்றும் ஒற்றை-மூலக்கூறு உயிரி இயற்பியல் ஆய்வகத்திற்கு இடையேயான மூலக்கூறு மோட்டார்கள் ஆய்வகத்திற்கு இடையேயான  மோட்டார் நகரும் DNA மூலக்கூறு மூலம் உருவாகும் சக்தியைக் கண்டறிய முடிந்தது.

இயக்கத்தில் உள்ள மூலக்கூறு மோட்டாரால் உருவாக்கப்பட்ட விசைகளைக் கண்டறிவது கடினம், ஏனெனில் அவை சிறியதாகவும் பொதுவாக மென்மையான தடங்களில் (இரட்டை-இழைக்கப்பட்ட DNA போன்றவை) செயல்படுவதால், மென்மையான தடங்கள் நிரந்தரமாக நிலையாக இருக்காது மற்றும் வட்ட வடிவங்களில் சுருளும். இது செயற்கை மோட்டாரின் இயக்கத்தை பாதிக்கிறது. ஒரே நேரத்தில் நகரும் மூலக்கூறு மோட்டார்களால் உருவாக்கப்பட்ட நிமிட சக்திகளைக் கண்டறியும் அதே வேளையில் தடங்களை அவற்றின் நானோ அளவில் வைத்திருக்கும் சோதனைகளை வடிவமைத்து செயல்படுத்துவதன் மூலம் ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த சிக்கலைச் சமாளித்தனர். அவர்கள் காந்த சாமணம் முறையைப் பயன்படுத்தி ஒரு செயற்கை மூலக்கூறு மோட்டாரைச் சேகரித்து, ஒரு பாரா காந்த துகளின் கீழ் கண்காணிக்கிறார்கள். பின்னர் காந்த மணிகளை விசை கண்டறிதல் முறைக்கு மாற்றினர்.

ஆராய்ச்சி குழு வெற்றிகரமாக ஒரு தன்னிச்சையான DNA மூலக்கூறு மோட்டாருக்கு தங்கள் முறையைப் பயன்படுத்தியது (முன்பு பேராசிரியர் வாங் ஆய்வகத்தால் உருவாக்கப்பட்டது). இந்த இரு மூலக்கூறு மோட்டார், ஒவ்வொரு அடிக்கும் இடையில் சுமார் 16 nm நீளம் கொண்ட, 2 முதல் 3 pN வரை அதிகபட்ச சக்தி வெளியீட்டை வழங்குகிறது. இந்த அளவிடப்பட்ட விசை வெளியீடு உயிர்வேதியியல் ஆற்றலை இயந்திர இயக்கமாக நியாயமான முறையில் மாற்றுவதைக் குறிக்கிறது.

பேராசிரியர். வாங் கூறியதாவது, “இந்த ஆய்வு மொழிபெயர்ப்பு செயற்கை மூலக்கூறு மோட்டார்களுடன் தொடர்புடைய பயன்பாடுகளின் வளர்ச்சிக்கு வழி வகுக்கிறது. இதற்கு எடுத்துக்காட்டுகள் மூலக்கூறு ரோபோக்கள், உயிரியக்க செயற்கை தசைகள் மற்றும் நானோபாட்கள் ஆகியவை ஆகும். தனித்தனியாக, ஒற்றை-மூலக்கூறு முறை நிறுவப்பட்டது. மென்மையான தடங்கள் கொண்ட பல செயற்கை மூலக்கூறு மோட்டார்களை கட்டாயமாக அளவிடுவதற்கு இந்த வேலை பொருந்தும்.”

References:

• Hu, X., Zhao, X., Loh, I. Y., Yan, J., & Wang, Z. (2021). Single-molecule mechanical study of an autonomous artificial translational molecular motor beyond bridge-burning design. Nanoscale, 13(31), 13195-13207.
• Sielaff, H., Dienerowitz, F., & Dienerowitz, M. (2022). Single-molecule FRET combined with electrokinetic trapping reveals real-time enzyme kinetics of individual F-ATP synthases. Nanoscale, 14(6), 2327-2336.
• Unksov, I. N., Korosec, C. S., Surendiran, P., Verardo, D., Lyttleton, R., Forde, N. R., & Linke, H. (2022). Through the Eyes of Creators: Observing Artificial Molecular Motors. ACS Nanoscience Au.
• Mohapatra, S., Lin, C. T., Feng, X. A., Basu, A., & Ha, T. (2019). Single-molecule analysis and engineering of DNA motors. Chemical Reviews, 120(1), 36-78.
• Spetzler, D., York, J., Dobbin, C., Martin, J., Ishmukhametov, R., Day, L., & Frasch, W. D. (2007). Recent developments of bio-molecular motors as on-chip devices using single molecule techniques. Lab on a Chip, 7(12), 1633-1643.