À l'intérieur de chacun de nous se trouvent des milliards de minuscules nanomachines moléculaires qui effectuent diverses tâches nécessaires pour nous maintenir en vie.

Dans une étude révolutionnaire, une équipe dirigée par le professeur de physique de la SFU, David Sivak, a démontré pour la première fois une stratégie pour manipuler ces machines afin de maximiser l'efficacité et de conserver l'énergie. La percée pourrait avoir des ramifications dans un certain nombre de domaines, y compris la création de puces informatiques et de cellules solaires plus efficaces pour la production d'énergie.

Les nanomachines sont petites, vraiment petit - quelques milliardièmes de mètre de large, En réalité. Ils sont également rapides et capables d'effectuer des tâches complexes :tout, du déplacement de matériaux autour d'une cellule, construire et décomposer des molécules, et le traitement et l'expression de l'information génétique.

Les machines peuvent effectuer ces tâches tout en consommant remarquablement peu d'énergie, donc une théorie qui prédit l'efficacité énergétique nous aide à comprendre comment ces machines microscopiques fonctionnent et ce qui ne va pas quand elles tombent en panne, dit Sivak.

Dans le laboratoire, Les collaborateurs expérimentaux de Sivak ont ​​manipulé une épingle à cheveux d'ADN, dont le pliage et le dépliage imitent le mouvement mécanique de machines moléculaires plus compliquées. Comme le prédit la théorie de Sivak, ils ont constaté qu'une efficacité maximale et une perte d'énergie minimale se produisaient s'ils tiraient rapidement sur l'épingle à cheveux lorsqu'elle était pliée, mais lentement lorsqu'elle était sur le point de se déplier.

Steven Grand, un étudiant diplômé en physique de la SFU et co-premier auteur de l'article, explique que les épingles à cheveux d'ADN (et les nanomachines) sont si petites et souples qu'elles sont constamment bousculées par de violentes collisions avec les molécules environnantes.

"Laisser la bousculade déplier l'épingle pour vous est un gain de temps et d'énergie, " dit Grand.

Sivak pense que la prochaine étape consiste à appliquer la théorie pour apprendre à conduire une machine moléculaire tout au long de son cycle opérationnel, tout en réduisant l'énergie nécessaire pour le faire.

Donc, quel est l'intérêt de rendre les nanomachines plus efficaces ? Sivak dit que les applications potentielles pourraient changer la donne dans divers domaines.

« Les utilisations pourraient inclure la conception de puces informatiques et de mémoires informatiques plus efficaces (réduction des besoins en énergie et de la chaleur qu'elles émettent), fabriquer de meilleurs matériaux d'énergie renouvelable pour des processus tels que la photosynthèse artificielle (augmentant l'énergie récupérée du soleil) et améliorer l'autonomie des machines biomoléculaires pour des applications biotechnologiques telles que l'administration de médicaments. »

L'étude a été publiée dans Actes de l'Académie nationale des sciences.