Nature：科學(xué)家成功使用DNA折疊法制造出一款分子馬達(dá)

科技日報(bào)記者劉霞

德國科學(xué)家在新一期《自然》（Nature）雜志上發(fā)表論文稱，他們成功使用DNA折疊法制造出了一款分子馬達(dá)。這種由遺傳物質(zhì)制成的新型納米馬達(dá)可以自我組裝并將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，可以開關(guān)，還能通過施加電場控制其轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，未來有望用于驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。

a、b：基座和三角形平臺(tái)示意圖，圓柱體表示DNA雙螺旋。c：馬達(dá)裝配步驟。d、e：轉(zhuǎn)子臂組件。f：微型馬達(dá)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置（左）；接上電極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)（右）。
圖片來源：《自然》網(wǎng)站　

汽車、鉆機(jī)等機(jī)器內(nèi)的馬達(dá)能幫人們完成日常生活中的各種任務(wù)，人體內(nèi)也有天然分子馬達(dá)在執(zhí)行重要任務(wù)，如一種被稱為ATP合成酶的馬達(dá)蛋白產(chǎn)生三磷酸腺苷（ATP）分子，供人體短期儲(chǔ)存和傳遞能量。

天然分子馬達(dá)但在微觀尺度上重建機(jī)械性能與ATP合成酶相當(dāng)?shù)鸟R達(dá)則非常困難。現(xiàn)在，研究人員借助DNA折疊術(shù)構(gòu)建了一個(gè)能工作的納米級(jí)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。

DNA折疊術(shù)由美國加州理工學(xué)院科學(xué)家保羅·羅斯蒙德于2006年發(fā)明。該研究負(fù)責(zé)人、慕尼黑技術(shù)大學(xué)（TUM）教授亨德里克·迪茨說：“多年來，我們一直在改進(jìn)這種方法，現(xiàn)在可以借此研制出非常精確和復(fù)雜的物體，例如可以捕捉病毒的分子開關(guān)等。"

新型納米馬達(dá)由DNA材料制成，包含3部分：基座、平臺(tái)和轉(zhuǎn)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(gè)長500納米的轉(zhuǎn)子臂，使其能夠旋轉(zhuǎn)。位于基座和轉(zhuǎn)子臂之間的平臺(tái)對(duì)馬達(dá)能否按預(yù)期工作至關(guān)重要。在沒有能量供應(yīng)的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)子臂會(huì)因?yàn)榕c周圍溶液中分子的碰撞而隨機(jī)移動(dòng)，一旦通過兩個(gè)電極施加交流電壓，轉(zhuǎn)子臂就會(huì)在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)。

迪茨表示，這種新型馬達(dá)具有的機(jī)械性能——它每秒產(chǎn)生的能量比兩個(gè)ATP分子分裂時(shí)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制轉(zhuǎn)子臂旋轉(zhuǎn)的速度和方向，未來有望用于驅(qū)動(dòng)用戶定義的化學(xué)反應(yīng)：在表面密布這種馬達(dá)，添加起始材料，隨后施加一點(diǎn)交流電壓，馬達(dá)就會(huì)產(chǎn)生理想的化合物。