Dentro de todos nosotros hay billones de diminutas nanomáquinas moleculares que realizan una variedad de tareas necesarias para mantenernos vivos.

En un estudio innovador, un equipo dirigido por el profesor de física de SFU, David Sivak, demostró por primera vez una estrategia para manipular estas máquinas para maximizar la eficiencia y ahorrar energía. El avance podría tener ramificaciones en varios campos, incluida la creación de chips de computadora y celdas solares más eficientes para la generación de energía.

Las nanomáquinas son pequeñas, muy pequeñas: de hecho, unas mil millonésimas de metro de ancho. También son rápidos y capaces de realizar tareas complejas: todo, desde mover materiales alrededor de una célula, construir y descomponer moléculas, y procesar y expresar información genética.

Las máquinas pueden realizar estas tareas al mismo tiempo que consumen una energía notablemente pequeña, por lo que una teoría que predice la eficiencia energética nos ayuda a comprender cómo funcionan estas máquinas microscópicas y qué falla cuando se descomponen, dice Sivak.

En el laboratorio, los colaboradores experimentales de Sivak manipularon una horquilla de ADN, cuyo plegamiento y despliegue imita el movimiento mecánico de máquinas moleculares más complicadas. Según lo predicho por la teoría de Sivak, encontraron que la máxima eficiencia y la mínima pérdida de energía ocurrían si tiraban rápidamente de la horquilla cuando estaba doblada, pero lentamente cuando estaba a punto de desplegarse.

Steven Large, un estudiante graduado de física de SFU y co-primer autor del artículo, explica que las horquillas de ADN (y las nanomáquinas) son tan pequeñas y flexibles que son constantemente empujadas por violentas colisiones con las moléculas circundantes.

"Dejar que el empuje despliegue la horquilla es un ahorro de energía y tiempo", dice Large.

Sivak piensa que el siguiente paso es aplicar la teoría para aprender cómo conducir una máquina molecular a través de su ciclo operativo, al tiempo que reduce la energía requerida para hacerlo.

Entonces, ¿cuál es el beneficio de hacer que las nanomáquinas sean más eficientes? Sivak dice que las aplicaciones potenciales podrían cambiar el juego en una variedad de áreas.

"Los usos podrían incluir el diseño de chips de computadora y memoria de computadora más eficientes (reduciendo los requisitos de energía y el calor que emiten), haciendo mejores materiales de energía renovable para procesos como la fotosíntesis artificial (aumentando la energía recolectada del sol) y mejorando la autonomía de las máquinas biomoleculares para aplicaciones biotecnológicas como la entrega de medicamentos ".

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad Simon Fraser. Original escrito por Diane Mar-Nicolle. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

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