3.6. Altre nanomacchine

Come abbiamo detto in precedenza, per motivi di spazio (e anche per non scendere troppo nel dettaglio) ci dobbiamo limitare a descrivere pochi esempi di nanomacchine, scelti per il loro valore innovativo oppure perché particolarmente rappresentativi. Dobbiamo anche ricordare, però, che dagli anni Novanta ad oggi sono stati ideati, costruiti e studiati moltissimi sistemi molecolari e supramolecolari capaci di comportarsi come macchine o motori molecolari. Fra essi vale la pena di citare quelli che utilizzano biomolecole – in particolare DNA e RNA – come componenti molecolari.

Lo sviluppo di questa categoria di nanomacchine artificiali è strettamente legato a un settore di ricerca in rapidissima espansione: quello della nanotecnologia del DNA. Nei primi anni Ottanta del secolo scorso, alcuni scienziati (in particolare Ned Seeman all’Università di New York) capirono che le molecole di DNA potevano essere usate per costruire nanostrutture in maniera controllata. Le proprietà chimiche delle molecole di DNA possono essere accuratamente programmate scegliendo la sequenza delle basi (adenina, guanina, citosina e timina). Esse possono esistere come molecole singole o accoppiarsi per formare la celebre doppia elica, o altre strutture differenti. Esiste un elevato numero di enzimi capaci di tagliare e cucire molecole di DNA con grande precisione. Queste ed altre caratteristiche strutturali e funzionali del DNA hanno consentito di ottenere nanostrutture di elevatissima complessità, come gli oramai famosi origami.

Gli scienziati interessati alle nanostrutture artificiali di DNA hanno capito ben presto che esse potevano essere modificate in risposta a stimoli esterni, ovvero potevano comportarsi come macchine molecolari. Nella maggior parte dei casi gli stimoli impiegati sono rappresentati sempre da molecole di DNA, ma è possibile utilizzare anche ioni, piccole molecole, proteine (enzimi) oppure stimoli luminosi o elettrici. Il funzionamento di queste nanomacchine è troppo complesso per poter essere descritto rapidamente in questa sede. Basti sapere che con il DNA sono stati realizzati, alla nanoscala, interruttori, porte logiche, memorie, pinze, motori lineari e rotativi, fino a veri e propri robot programmabili, capaci di spostarsi e manipolare oggetti nanometrici eseguendo istruzioni impartite dall’esterno (Thubagere 2017).

Nonostante il valore scientifico di tali risultati, la notevole complessità e il costo molto elevato di questi sistemi li ha, per il momento, relegati a curiosità di laboratorio. Sono tuttavia in corso svariate sperimentazioni per applicazioni pratiche, legate soprattutto allo sviluppo di sistemi per il rilascio mirato di farmaci.