Biomolekulární motory

Biomolekulární motory se budou používat v miniaturních zařízeních velikosti nanometrů k provádění mechanické práce, to následně umožní vývoj aktivních nanostruktur.

Na této problematice pracuje několik týmů biofyziků, jejich koncepce se přitom radikálně liší od současných přístupů. Vyvíjí se na příklad postup, během něhož bude možno biologický vzorek o nepatrných rozměrech rychle analyzovat zařízením o velikosti kreditní karty, připojeného ke stolnímu perifernímu vybavení. Další výrazné zmenšení přídavných zařízení povede pak k vytvoření celku o velikosti prachové částečky, připomínající jednobuněčné organismy. Biosenzory tohoto typu bude na příklad možno přimísit do zkoumaného kapalného vzorku, ty pak nezávisle na sobě provedou požadovanou analýzu a dohromady poskytnou statisticky vyhovující signál. Pohyb těchto senzorů uvnitř vzorku obstarají právě biomolekulární motory, tím odpadne potřeba vnějších čerpadel nebo baterií.

Kromě zajištění transportu mohou biomolekulární motory vyvíjet lokalizované síly v různých nanostrukturách. Mohou provádět takové změny, jako je natažení zkroucené molekuly DNA do lineární konfigurace nebo roztržení vazeb mezi molekulami. Molekulární motory mohou generovat dynamické, nerovnovážné struktury a mohou být využívány v nanorobotice.

Klíčovým problémem v oboru molekulárních motorů je napodobit přímou a účinnou přeměnu chemické energie na mechanickou práci, která probíhá ve svalech. Na základě fyziologických vlastností svalů je možno vyvíjet buď hybridní, nebo zcela syntetické soustavy molekulárních motorů větších rozměrů a otevřít tak novou cestu k vytvoření umělých svalů. Hybridní zařízení založená na biomolekulárních motorech musí přitom čelit omezením, daným okolními podmínkami, jako na příklad teplota. Dalším limitujícím faktorem je životnost, v současnosti je mezi několika hodinami a několika dny. K prodloužení doby mezi výrobou a použitím takových zařízení lze použít na příklad technologie zmrazování. Dobu skladování lze tak prodloužit na několik měsíců. Limitovaná životnost přesto ale určuje směr vývoje k plně syntetickým molekulárním motorům. Molekulární motory, ať už biologického nebo syntetického původu, jsou ústředním problémem přechodu od pasivních k aktivním nanostrukturám. Představují totiž vazební článek k zásobárně chemické energie.

V minulých stoletích se k rozvoji široké škály průmyslových a dopravních technologií používala lidská nebo zvířecí síla. Vše se zdokonalilo po vynálezu parního stroje a spalovacího motoru. Obdobně nanotechnologie s biomolekulárními motory otevírají cestu k vývoji umělých molekulárních motorů a k rychlým, účinným a řízeným transportním nanosystémům.