当前位置:首页 > 天下杂谈 > 正文

用DNA构建的纳米级转子:科学家制作世界上最小的活动驱动马达

几千年来,旋转电机一直是人类社会的动力源泉。咱们可以回忆一下前史,横跨荷兰和世界的风车和水车。今日,先进的海上风力涡轮机驱动着咱们绿色动力的未来。

“这些由水流驱动的旋转马达,在生物细胞中也有杰出的特色。一个比如是FoF1-ATP组成酶,它发生细胞运作所需的燃料。但迄今为止,纳米级的组成结构依然难以捉摸,”代尔夫特理工大学(TU Delft)仿生科学系Cees Dekker教授试验室的博士后研讨员施新(音译)博士说。

“咱们的活动驱动马达是由DNA资料制成的。这种结构被对接在一个纳米孔上,一个细小的开口,在一个薄薄的膜上。在电场的效果下,厚度仅为7纳米的DNA束自我组织成一个相似转子的结构,随后被设定为每秒超越10转的继续旋转运动,”研讨的榜首作者施新说。

“现已7年了,咱们一直在测验自下而上地组成这种旋转的纳米电机。咱们与慕尼黑工业大学的亨德里克-迪茨试验室协作,使用了一种叫做DNA折纸的技能,”监督这项研讨的Cees Dekker弥补说。“这项技能使用互补的DNA碱基对之间的特定相互效果来构建二维和三维纳米物体。转子使用来自水和离子流的能量。这是经过施加电压或更简略的方法树立的:经过在膜的两头有不同的盐浓度。后者实际上是生物学中最丰厚的能量来历之一,为各种要害进程供给动力,包含细胞燃料组成和细胞推动。”

处理一个难题

这项成便是一个里程碑,由于它是有史以来榜初次在纳米尺度上完成活动驱动的自动转子的试验。可是,当研讨人员榜初次观察到旋转时,他们感到困惑:如此简略的DNA棒怎么能表现出这些美丽、继续的旋转?在与理论家Ramin Golestanian和他在哥廷根的马克斯-普朗克动力学和自组织研讨所的团队的评论中,这个难题得到了处理。他们对该体系进行了建模,并提醒了诱人的自组织进程,在这个进程中,束状物自发地变形为手性旋转体,然后与来自纳米孔的活动相耦合。

从简略到合理的规划

施新说:“这个自组织进程真实显现了简略的美。可是这项作业的重要性并不局限于这个简略的转子自身。它背面的技能和物理机制树立了一个全新的构建组成纳米马达的方向:活动驱动的纳米涡轮机,这是一个令人惊奇的未被科学家和工程师探究的范畴。你会惊奇于咱们在制作这种活动驱动的纳米涡轮机方面所知道的和所获得的成便是如此之少,特别是考虑到咱们在制作它们的微观对应物方面有几千年的常识,以及它们在生命自身所发挥的要害效果。”

在进一步的过程中(已在预印本中),该小组使用他们从构建这种自组织转子中学到的常识,获得了下一个重要发展:榜首个合理规划的纳米级涡轮机。“就像科学和技能总是这样,咱们从一个简略的风车开端,现在可以重现美丽的荷兰风车,但这次的尺度只要25纳米,相当于你体内一个蛋白质的巨细,”施新说,“并且咱们证明了它们承载负荷的才能。”

“而现在,旋转方向是由规划的手性设定的,”Dekker弥补说。“左手的涡轮机顺时针旋转;右手的涡轮机逆时针旋转。”

除了更好地了解和仿照FoF1-ATP组成酶等运动蛋白外,这些成果为在纳米尺度上规划自动式机器人打开了新的远景。施新表明:“咱们在这里展现的是一个纳米级的发动机,它真实可以传递能量并做功。你可以用18世纪蒸汽机的初次发明来做个比方。谁能预料到它是怎么从根本上改动咱们的社会的呢?咱们现在或许正处于与这些分子纳米发动机相似的阶段。潜力是无限的,但仍有许多作业要做。”

发表评论

最新文章