Illustration d'un moteur bipède à ADN autonome alimenté par des carburants chimiques pour une marche « main dans la main » autodirigée (similaire à la marche humaine, deux jambes se menant alternativement) le long d'une piste de filament (faite d'ADN). Le moteur a deux pattes identiques qui ont chacune deux « fourches » (marquées en rouge et en vert).
Le transport de marchandises moléculaires est une entreprise permanente et vitale dans chaque cellule du corps humain. Cependant, La nature n'utilise pas de véhicules à roues pour effectuer cette tâche. Au lieu, La nature transporte des cargaisons intracellulaires à l'aide de moteurs moléculaires bipèdes qui marchent le long d'un maillage de filaments moléculaires appelés cytosquelettes. En imitant la Nature, le développement de moteurs moléculaires artificiels de marche sur piste (nanowalkers), peut potentiellement ouvrir un large éventail d'applications à l'échelle nanométrique.
Le professeur WANG Zhisong et son équipe de recherche du Département de physique, NUS a développé deux ensembles de mécanismes conceptuellement nouveaux qui permettent aux nanomarcheurs artificiels de se déplacer dans une direction autoguidée en utilisant leur mécanique interne. Présentement, la plupart des nanomarcheurs artificiels doivent endommager la partie traversée de la piste lorsqu'ils avancent dans une direction donnée. Cela se produit souvent par une réaction chimique catalysée ou initiée par le nanowalker artificiel pour éliminer une partie moléculaire de la piste parcourue, qui est fait d'ADN. Cette stratégie de « brûlage de ponts » bloque le mouvement vers l'arrière d'un nanomarcheur artificiel afin qu'il continue d'avancer comme une cascade de dominos, rendant la partie traversée de la piste inutilisable. Les mécanismes que l'équipe a développés permettent la construction de différents types de nanowalkers qui peuvent être réglés en fonction de leur direction de mouvement, allure de marche et performance.
Les moteurs moléculaires développés par l'équipe de recherche sont des bipèdes biomimétiques constitués de molécules d'ADN modifiées. Ces moteurs moléculaires peuvent être alimentés soit par des carburants chimiques (dans lesquels le moteur catalyse une réaction chimique impliquant la molécule de carburant et utilise l'énergie libérée) ou par un éclairage lumineux. Ils produisent un mouvement de translation si la piste, qui est formé par l'assemblage d'ADN, est un mouvement linéaire et de rotation si la piste forme un cercle. Ainsi, ces moteurs moléculaires « non-brûlants » peuvent fonctionner comme un transporteur ou un rotor au niveau moléculaire, selon la configuration de la piste. En revanche, un moteur moléculaire "à pont" sur une piste circulaire tombe en rotation avant ou arrière de manière aléatoire et est incapable d'un fonctionnement répétitif.
Le professeur Wang a dit, "Ces nouveaux moteurs moléculaires peuvent ouvrir de nouvelles applications à l'échelle nanométrique au-delà de celles qui peuvent être réalisées par des moteurs de type "bridge-burning" à la pointe de la technologie. Avec des moteurs à ADN optiques ou chimiques, on peut potentiellement réaliser des biomatériaux qui peuvent adapter leur forme en fonction de leur environnement (comme une pieuvre). Ces biomatériaux peuvent être constitués de fibres élastiques qui embarquent des moteurs moléculaires, exhibant un contrôle fin des mouvements qui est similaire à nos muscles."
