Budowanie maszyn na poziomie pojedynczej cząsteczki
W zasadzie wszystkie procesy komórkowe, które opierają się na interakcjach między dwoma molekułami, wymagają etapu rozpoznania, bez którego interakcja nie może mieć miejsca. Wiele ważnych molekuł biologicznych ma charakter chiralny, co oznacza, że posiada dwie formy składające się z tych samych atomów, ale których struktury są nienakładającymi się lustrzanymi odbiciami siebie nawzajem. Inne występują wyłącznie w jednej formie chiralnej (przejawiają homochiralność), na przykład elementy budulcowe białek (aminokwasy) i cukry, które składają się na kwas deoksyrybonukleinowy (DNA). Co zrozumiałe, chiralność odgrywa decydującą rolę w sprawności rozpoznawania. Wielu naukowców jest zdania, że bez jednakowej chiralności, jaką wykazują aminokwasy i niektóre cukry, życie, jakie znamy, nie mogłoby istnieć. Aktywny transport to jedna z funkcji komórkowych, która opiera się na blokowaniu i odblokowywaniu molekuł, niczym pociągu na torach. Aby molekuły i inne komponenty komórki mogły poruszać się w obrębie komórek lub poprzez ich błony przeciwnie do swoich gradientów stężenia, proces ten wymaga energii. Aktywny transport kierowany jest przez silniki molekularne (białkowe). W celu "zbudowania" przyszłych machin i silników molekularnych, naukowcy muszą dokładnie zrozumieć, w jaki sposób dwie cząsteczki "witają się" poprzez wzajemnie indukowane zmiany strukturalne na poziomie pojedynczej cząsteczki. W związku z tym europejscy naukowcy zainicjowali projekt "Maszyny molekularne – projektowanie i postępowanie w nanoskali z przedtypami biologicznymi i sztucznym naśladowaniem" (Biomach). Wykorzystali tunelową mikroskopię skaningową (STM), aby opracować "filmy" ukazujące, w jaki sposób dwie molekuły tej samej chiralności tworzą pary i łańcuchy, podczas gdy molekuły o odmiennej chiralności nie są w stanie formować stabilnych struktur. Informacje uzyskane w wyniku eksperymentów Biomach powinny nie tylko zwiększyć podstawową wiedzę na temat procesów fizjologicznych, ale także usprawnić rozwój urządzeń biomimetycznych działających w oparciu o pojedyncze molekuły.
