德國科學家在最新一期《自然》雜誌上發表論文稱,他們(men) 首次成功使用DNA折疊法製造出了一款分子馬達。這種由遺傳(chuan) 物質製成的新型納米馬達可以自我組裝並將電能轉換為(wei) 動能,可以開關(guan) ,還能通過施加電場控製其轉速和旋轉方向,未來有望用於(yu) 驅動化學反應。
汽車、鑽機等機器內(nei) 的馬達能幫人們(men) 完成日常生活中的各種任務,人體(ti) 內(nei) 也有天然分子馬達在執行重要任務,如一種被稱為(wei) ATP合成酶的馬達蛋白產(chan) 生三磷酸腺苷(ATP)分子,供人體(ti) 短期儲(chu) 存和傳(chuan) 遞能量。
天然分子馬達不可或缺,但在微觀尺度上重建機械性能與(yu) ATP合成酶相當的馬達則非常困難。現在,研究人員借助DNA折疊術構建了一個(ge) 能工作的納米級旋轉馬達。
DNA折疊術由美國加州理工學院科學家保羅·羅斯蒙德於(yu) 2006年發明。該研究負責人、慕尼黑技術大學(TUM)教授亨德裏克·迪茨說:“多年來,我們(men) 一直在改進這種方法,現在可以借此研製出非常精確和複雜的物體(ti) ,例如可以捕捉病毒的分子開關(guan) 等。”
新型納米馬達由DNA材料製成,包含3部分:基座、平台和轉子臂。基座約40納米高,固定在溶液中的玻璃板上。基座上安裝了一個(ge) 長500納米的轉子臂,使其能夠旋轉。位於(yu) 基座和轉子臂之間的平台對馬達能否按預期工作至關(guan) 重要。在沒有能量供應的情況下,電機的轉子臂會(hui) 因為(wei) 與(yu) 周圍溶液中分子的碰撞而隨機移動,一旦通過兩(liang) 個(ge) 電極施加交流電壓,轉子臂就會(hui) 在一個(ge) 方向上旋轉。
迪茨表示,這種新型馬達具有前所未有的機械性能——它每秒產(chan) 生的能量比兩(liang) 個(ge) ATP分子分裂時釋放的能量還要多。此外,可以通過電場的方向及交流電壓的頻率和幅度來控製轉子臂旋轉的速度和方向,未來有望用於(yu) 驅動用戶定義(yi) 的化學反應:在表麵密布這種馬達,添加起始材料,隨後施加一點交流電壓,馬達就會(hui) 產(chan) 生理想的化合物。
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