תקציר

DNA אוריגאמי מאפשר ייצור מדויק של גיאומטריות מורכבות בקנה מידה ננומטרי. עד כה, המחקרים התמקדו בעיקר בפיתוח אובייקטים או מבנים סטטיים עם תנועות קטנות ואו מסלולי תנועה לא ספציפיים. אולם, קיפול ה DNA לצורות תלת ממדיות מורכבות, יכול לאפשר עיצוב מדויק וייצור של ננו-התקנים בהרכבה עצמית.  העבודה תתמקד במאמרם של Marras וחבריו (2015)¹, בו הם מציעים לראשונה פיתוח ננו-מכונות המבוססים על DNA אורגאמי על ידי יצירת מנגנונים דינמיים עם תנועה מוגדרת היטב, בעזרת שילוב מושגים מהנדסת מכונות.

בתחילה אציג בקצרה מהי שיטת ה DNA אוריגאמי, ובהמשך אתאר שלב אחרי שלב את אופן יישומה לשם עיצוב ובנייה של מנגנוני תנועה פשוטים ומנגנוני תנועה מורכבים. החל ממפרקי ציר סיבובי ומפרקים ליניאריים גמישים של  DNA אוריגאמי המשלבים רכיבים נוקשים של השרשרת הדו גדילית של ה DNA ורכיבי DNA חד-גדיליים גמישים בכדי להגביל את התנועה לאורך דרגת חופש אחת וכדי לכוון את הגמישות ואת טווח התנועה, וכלה בשילובם  למנגנונים מסדר גבוה יותר: מנגנון crank–slider המצמד תנועה סיבובית עם תנועה ליניארית, ומנגנון שרשרת בנט הנעה בין חבילה קומפקטית לקונפיגורציה במסגרת רחבה עם נתיב תנועה תלת ממדי מוגדר. כמו כן, יוצג פיזור אקטואטורים במנגנון שרשרת בנט בכדי להשיג שינויי קונפורמציה הפיכים של המבנה. לבסוף, אסכם ואדון בתוצאות.

תוכן
תקציר 3
א. מבוא 3
ב. DNA אוריגאמי 4
חד גדיל DNA ארוך כפיגום וחד גדילי DNA קצרים כסיכות הידוק 4
ההליך הניסיוני 4
עיצוב ותכנון גיאומטרי של ננו מבנה DNA בתוכנת caDNAno 5
הליך עקירת גדיל ליצירת דינמיקה בננו מבני DNA 5
ג. עיצוב מנגנון מכני ב DNA אוריגאמי 6
מושגים מעולם המכונות המאקרוסקופיות 6
עיצוב מנגנון מכני האנלוגי לעיצוב המאקרוסקופי בDNA אוריגמי 6
ד. ננו מבנים של DNA לתנועה פשוטה 7
1. מפרקי סליידר 7
מבנה ומימדים 7
נוף האנרגיה כקירוב לכוח כנגד התרחבות של המפרקים -> כיוונון התנועה הליניארית 8
2. מפרקי ציר סיבובי (revolute) 10
מבנה ומימדים 10
נוף האנרגיה כקירוב למומנטים המחזיקים את מפרק הציר בזווית ספציפית -> כיוונון התנועה הסיבובית 10
ה. ננו מבני DNA עבור תנועה מורכבת 11
1. מנגנון crank–slider לתנועה סיבובית ולינארית דו ממדית 11
המחשת תנועת מנגנון crank–slider 11
2. מנגנון שרשרת בנט לתנועה תלת ממדית 12
המחשת תנועת מנגנון שרשרת בנט 13
אקטואטורים עבור הקונפיגורציה הסגורה (ובהמשך שוב לפתוחה) של שרשרת בנט 14
ניטור המנגנון במצב דחוס ופתוח בזמן אמת 15
ו. דיון 16
ז. ביבליוגרפיה 17