Nanomotortjes deels biologisch

Sorry als hier al een topic over bestaat maar ik heb een vraag..

De laatste tijd ben ik me gaan verdiepen in de nanotechnologie, zegmaar oppervlakkig verdiepen want ik ben ook geen professor..

Ik las in een artikel dat het eiwitcomplex F1-ATPase draait bij de ATP productie en dat hier een sliert aan bevestigd werd die deze draaiing liet zien.
Aangezien dit een soort biomotortjes zijn vroeg ik me af of het mogelijk is om hiermee waaierpompjes en andere (deels) mechanische componenten samen te stellen..
Hiermee is het misschien mogelijk (evt. zelfreproduceerbare) robots te bouwen..

Zijn hier al wetenschappers mee bezig en/of zijn hierover al stukken gepubliceerd?

Alvast bedankt, Job

intressant 
dit komt mij vaag bekend voor... Ik denk dat het CERN hiermee ooit een experiment heeft uitgevoerd. Ik kan verkeert zijn maar ik denk dat je op de site van het CERN het meeste kans hebt op meer uitleg.

Als je meer vindt kun je het dan op deze topic zetten? Ik ben namelijk ook geïntresseerd naar dit onderwerp 

Bedankt voor de tip, ik ga eens kijken op de site van CERN..

Hier zie je in ieder geval het eiwit waarover ik het had. Waarschijnlijk is het veel "makkelijker'' om bewegingen en machientjes te maken met biologische middelen dan met mechanische zoals eerder aangenomen werd..

Volgend bericht zal ik een afbeelding van dit eiwitcomplex erbij doen heb nu even geen tijd

zie ook deze link op neoweb over "Werking Moleculaire Machines"

http://www.neoweb.nl/forum2/index.php?topic=2266.0

Dat klinkt ook al veelbelovend als we nu in staat moeten zijn om schakelaartjes/wieltjes te produceren mbv rotaxaan. de vraag is natuurlijk of deze eigenschappen bij een normale temperatuur plaatsvinden en bij een atmosferische druk. F1-ATPase waarschijnlijk wel omdat dit proces plaatsvindt in het menselijk lichaam
Als iemand nog meer voorbeelden van biologische moleculaire motortjes kent, zet ze dan in dit topic ik ben wel benieuwd namelijk..

Hieronder iets meer over dat eiwit..

http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=868149

Het maken van mechanische onderdelen in de biotechnologie/nanotechnologie is op zich een interessant gebied, maar er worden grotere vorderingen gemaakt op het gebied van de miniscule processen die zich bijvoorbeeld afspelen binnen cellen.

Een nano-biomachine hoeft niet een cel met een laser of nano-schaar aan te vallen, maar kan gewoon met chemische bindingen een chemische 'marker' achter laten, waardoor andere (lichaamseigen) stoffen de cel met de marker herkennen en deze kunnen pakken/inkapselen/absorberen/dubpliceren etc.

Denk bij biomachines dus niet speciaal aan tandwielen, assen, klepjes etc.

Daar heb je inderdaad gelijk in maar als we deze machientjes/motortjes op grote schaal willen toepassen hoe verkrijgen we deze dan?

Moeten we gaan ''klonen'' van organisch materiaal of kunnen we deze misschien nabootsen.
Als we het via celdeling kunnen realiseren kan dit een oplossing zijn voor het probleem dat er zoveel tijd voor nodig is..
Dit zou namelijk exponentieel moeten verlopen..

Dan is het inderdaad veel efficienter om via biotechnologie te gaan..

Figuur 9. Schematische weergave van het membraan-eiwitcomples F1-ATPase. Met behulp van de aan het eiwit bevestigde, sliertvormige actine-fiber, kan de spontane draaiing van het eiwit zichtbaar worden gemaakt. Figuur 9 laat het schema zien van het eiwitcomplex met de naam F1-ATPase. Het speelt een belangrijke rol bij de synthese van ATP-moleculen, de brandstof voor de cel. Onderzoekers in Engeland en de Verenigde Staten hebben ontdekt dat het middelste gedeelte van dit complex tijdens de ATP-productie om zijn as draait, als een soort Wankel-motor. Voor het ontrafelen van de structuur van deze complexe draaimotor ontvingen John Walker (Cambridge) en Paul Boyer (Los Angeles) in 1997 de Nobelprijs voor de scheikunde. In de tekening van figuur 9 is aangegeven hoe de draaiing zichtbaar wordt gemaakt. Aan de centrale as is een dunne moleculaire ‘wimpel’ bevestigd, die door de draaiing mee wordt gesleurd. bron: http://www.res.titech.ac.jp/seibutu/nature/f1rotate.html

Dit schreef Job onder de figuur in het word document. Ik heb hier wel een vraag bij. Het middelste gedeelte van dit complex produceert brandstof voor de cel. Mijn vraag is: waarom en hoe slaagd de cel erin die draaiende beweging te produceren? Stel: de cel krijgt energie van buiten af om de draaiende beweging voort te brengen. Dan heb ik weer een vraag: als de cel energie op kan nemen, waarom moet die draaiende beweging daar dan nog bij om terug energie op te wekken? Hierop kun je weer een stelling zetten: de energie die de cel kan opnemen is te klein, de cel heeft meer energie nodig. M.a.w. de cel heeft een krachtcentrale die energie opwekt. Maar hier zit het nu juist. Dit zou willen zeggen dat de cel met zijn 'wankelmotor' meer energie kan opwekken dan die er toegevoegd word. Dit is natuurlijk in strijd met de wet van rendement. Alleen wanneer je een rendement van meer dan 100% zou hebben is dit mogelijk. Tot op vandaag is de 100% nog altijd niet bereikt. We zitten er zelfs nog een eindje van.

Zit ik juist met mijn redenering, wat ik eigenlijk betwijfel, of ben ik mis? Kan iemand dit bevestigen of gegrond tegen spreken?

Als eerste wil ik even zeggen dat de tekst in die bijlage niet door mij zelf geschreven is maar dat ik die daar slechts ter verduidelijking bij heb gezet.

Om antwoord te geven op je eerste vraag (Hoe ontstaat de draaiing):
Aan de buitenkant van het mitochondrion bevinden zich meer waterstof ionen dan aan de binnenkant. Veel onderdelen op het membraan proberen zoveel mogelijk ionen buiten te houden.
Het onderste ringvormige gedeelte van het F1-ATPase eiwit vormt eigenlijk een poortje waar alleen maar H+ ionen door kunnen. zoals eerder gezegd bevinden zich buiten meer ionen als binnen en zullen er dus ionen door dit poortje gaan stromen.
Wanneer ze hier doorheen gaan wordt dit gedeelte positief geladen, terwijl het omringende membraan negatief geladen is. Op deze manier onstaat dus de draaiing..

Je tweede vraag weet ik eigenlijk ook niet te beantwoorden maar het is zo dat tijdens de productie van ATP juist energie nodig is. Zijn er echter teveel ATP moleculen dan verloopt de reactievergelijking van rechts naar links en ontstaat er energie..

Als laatste over het rendement:

F1-ATPase
Draaisnelheid: 0.1 – 10 omwentelingen / seconde
Rendement: ~ 100 %
Afmetingen: ~ 10 x 10 x 10 nm3
Brandstof: ATP moleculen   
 

Verbrandingsmotor
Draaisnelheid: 0 - 250 omwentelingen / seconde
Rendement: ~ 25 %
Afmetingen: ~ 50 x 50 x 50 cm3
Brandstof: benzine, LPG, diesel 

Dit zijn de conclusies die ik haal uit het verhaal op http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=868149 betreffende jouw vragen..

Alle kritiek hierop is welkom  en weet er iemand beter antwoord te geven op de tweede vraag post dan aub..

dat jij dat tekstje niet had geschreven had ik al door, het kwam te bekend voor, ik had het namelijk ooit al gelezen 
Over de draaiing had ik niet echt vragen maar toch bedankt.
Maar hier moet je toch wel even over nadenken...
Aantrekken en afstoten van de ionen, hierdoor ontstaat de draaiing. Maar zo werkt een ontploffingsmotor niet, diesel, benzine, wat dan ook. Die werken op compressie, gevolgd door temperatuur stijging en daarna zelfontbranding of door ontsteking volgt de expansie in volume, deze slag word opgevangen door een vliegwiel en dat drijft de auto bv aan. Daarom kun je het rendement van die cel niet vergelijken met diesel, benzine of LPG die gebruikt word in de verbrandingsmotor. Een elektrische motor lijkt er daar in tegen wel heel goed op. Daar werkt men met magnetisme, daardoor ontstaat een koppelmoment die draaiing veroorzaakt. Kijk je naar het rendement bij een elektrische motor dan ligt dit veel en veel hoger. Dit komt omdat er veel minder wrijving is, verlies aan warmte... Maar ook het rendement van een elektrische motor haalt dan 100% niet...

F1-ATPase
Draaisnelheid: 0.1 – 10 omwentelingen / seconde
Rendement: ~ 100 %
Afmetingen: ~ 10 x 10 x 10 nm3
Brandstof: ATP moleculen   

Tot nu toe heeft trouwens ook nog niemand mijn stelling kunnen verwerpen over het rendement van de cel. Ook jij beschrijft een rendement van tegen of over de 100%

Volgens het artikel heeft de cel toch echt een rendement van bijna 100%..
Los daarvan vind ik dit ook vrij onlogisch maar als er onderzoek naar gedaan is zal dit wel kloppen..
Kijk ook maar eens naar de titel van het stuk (Een Nano motor met een Giga rendement)

Verder maken ze geen vergelijking tussen het werkingsprincipe van een F1-ATPase ''motor'' en een verbrandingsmotor maar vergelijken ze de specificaties van beiden met elkaar, zoals het rendement.

uit de specificaties kun je op maken dat verbrandingsmotoren krachtiger zijn dan de 'motor' van de cel. Maar als je de grootte vergelijkt met het rendement kun je een stelling maken.

De verbrandingsmotor maakt 25 keer meer omwentelling per seconde. Als je dus 25 cellen zou kunnen cycroniseren en hun totale kracht optellen dan zou je ook 250 omwentelling per seconde kunnen behalen. (of kan dit niet?) Je moet dus ook het volume maal 25 doen. De 25 cellen samen zouden dan een volume van 250 x 250 x 250 nm³ in nemen. De verbrandingsmotor die ook 250 onwentellingen per seconde haalt neemt echter een volume van                   50 x 50 x 50 cm³ in. Beduidend meer dus voor een zelfde aantal omwentellingen. Over het vermogen van de 2 motoren weten we natuurlijk niets maar zit hier geen toekomst in? In plaats van nano radertjes en al zo'n dingen te maken, gewoon een serie cellen...

Het vermogen of de kracht van beide ''motoren'' is niet terug te vinden in de lijst met specificaties dus valt er ook niet te zeggen welke krachtiger is.

De rotatiefrequentie (toerental) loopt van minimaal 0,1 tot 10 omw/sec in een F1-ATPase eiwitcomplex. Dit toerental kan niet hoger worden ookal zet je er 25 naast elkaar.. (of zouden ze soms op te voeren zijn? )
Bij pompen/compressoren kan dit wel voor de capaciteit of het vermogen op te voeren door ze parallel of serie te schakelen maar nooit qua toerental.

Als iemand ergens kan vinden wat het vermogen is van dit eiwitcomplex zou ik dit graag weten dan vallen er wel zaken te vergelijken

er moet toch een manier zijn om het toerental / seconde op te drijven? Of niet?
Ik zal eens informeren op school, misschien vind ik daar wel een oplossing. Het vermogen kan je in ieder geval wel verhogen dat is een feit.

Nu nog zoeken naar het vermogen van dat eiwitcomplex 

Dit staat op http://www.octrooicentrum.nl/binaries/Sidderaal_tcm10-10106.pdf

A nanoscale engineered system includes the integration
of at least one F1-ATPase molecular motor with a nanoelectro-
mechanical system (NEMS). The resultant
functional hybrid organic/inorganic nanomechanical
system provides the ability to move nanotechnology into
medical and physiologic applications. The ability to
accurately and precisely position and orient individual
proteins on a substrate is presented. Motive power for the
nanomechanical systems disclosed is provided through
the genetic expression and integration of at least one F1-
ATPase molecular motor, which utilizes ATP as a
chemical energy source. In addition, the device is
capable of being fuelled with light energy.The NEMS
device can be controlled by an “on/off” switch genetically
engineered into the F1-ATPase. The NEMS consists of
one or more silicon based mechanical devices capable of
operating in liquid environments and performing a variety
of functions. The F1-ATPase motors are used to pump
fluids and open and close valves in microfluidic devices,
as well as provide mechanical drives and motive power
for nanomechanical devices.

Andere mooie site: http://www.psc.edu/science/2004/schulten/protein_motors_incorporated.html

Hier zeggen ze: “You can take a spoonful of that protein and it generates as much torque as a Mercedes engine.”

Weer iets wijzer geworden  

zeker mooi, das een hoger rendement dan de beste elektro motor.. haha.. 100% betekend geen hitte en andere zaken dus alles wordt omgezet in bewegen.
En dan eiwitten de brandstof is, is eigenlijk heel mooi. Leuk concept

Je spieren zetten ATP om naar ADP en hierdoor ontstaat energie.
Als je creatine inneemt wordt van ADP weer ATP gemaakt.
Dus dit verklaart dan de werking van creatine..

Ben het zelf aan het gebruiken een maand ..

Je spieren zetten ATP om naar ADP en hierdoor ontstaat energie.
Als je creatine inneemt wordt van ADP weer ATP gemaakt.
Dus dit verklaart dan de werking van creatine..

Ben het zelf aan het gebruiken een maand ..

Haha voor fitness ? Of voor andere doeleinden Doping?

Maar idd als dit echt 100% is.. Dan is het opzich geniaal. Alleen hoe maak je zoiets groter of een echte toepassing van.

Ja gebruik het bij het fitness voor het uithoudingsvermogen te verbeteren.
Het wekt wel energie op en dus kracht. Tis verder onschuldig want creatine zit ook in onze voeding..
Beetje late post maar ok.

Verder ook leuke dingen op nanoweb.nl over ontwikkelingen in de nanotech.

Alleen hoe maak je zoiets groter of een echte toepassing van.

Leuke vraag..
Moeilijke vraag..

Nano-car gets an engine
10:30 14 April 2006
NewScientist.com news service
Tom Simonite


 

A computer model shows the molecular engine in action (Image: Takashi Sasaki/Rice University)

 
Researchers have installed a molecular engine into a "car" just a few billionths of a metre long. Measuring just 3 by 4 nanometres, around 20,000 of the cars could be parked on the tip of a human hair.

Jim Tour and colleagues at Rice University in Houston, US, built a chassis and wheels for a nano-car from organic molecules at the end of 2005. The engineless model could only be powered remotely - using a heated gold surface to stop its wheels sticking and an electromagnetic field to drag it forwards. But the new model should be able to propel itself - using a motor fuelled entirely by light.

The nano-car's molecular motor contains a pair of bonded carbon molecules that rotate in one direction if illuminated by a specific wavelength of light. After fixing the molecular engine to the car's chassis and shining a light on it, Tour's team confirmed that the engine was running by using nuclear magnetic resonance to monitor the position of the hydrogen atoms within it.

But the car was not released to drive itself along. "It's analogous to building a race car and putting it up on blocks," Tour said. "Now it's a question of getting it out on the track." The motor should function as a fifth wheel to drive the car along.

Seeing is believing

Tour estimates that the car could travel two nanometres per minute but says his team has yet to find a way to watch their molecular automobile in action. "We think the car would drive along, but we wouldn't be able to see it and I don't think people would believe us," he says.

The previous version of the nano-car moved along a flat gold surface. But this would stop the new motor from working as the energy collected from light would drain into the gold molecules.

A non-metal track should allow the engine to work, but this makes observing the car in action problematic as the scanning tunnelling microscope normally used needs a metal base. Other forms of microscopy either do not have the power to resolve the car properly, Tour says, or require the use of other surfaces that are unsuitable.

"This is shows a general problem with nanotechnology right now," Tour says. "We only have crude tools and that slows development down."

Ook een nanomotortje...
Om het topic even op te frissen.

Ook in Nederland wordt hier onderzoek naar gedaan:
http://www.kennislink.nl/publicaties/krachtwerking-in-nanomotoren-opgehelderd