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慕尼黑技术大学:首个DNA材料制成的纳米马达面世
2022/8/19 15:40:24 | 浏览:376 | 评论:0

德国科学家在最新一期《自然》杂志上发表论文称,他们首次成功使用DNA折叠法制造出了一款分子马达。这种由遗传物质制成的新型纳米马达可以自我组装并将电能转换为动能,可以开关,还能通过施加电场控制其转速和旋转方向,未来有望用于驱动化学反应。

   慕尼黑技术大学:首个DNA材料制成的纳米马达面世

 

a、b:基座和三角形平台示意图,圆柱体表示DNA双螺旋。 c:马达装配步骤。 d、e:转子臂组件。 f:微型马达动力学实验装置(左);接上电极产生旋转(右)。 图片来源:《自然》网站

汽车、钻机等机器内的马达能帮人们完成日常生活中的各种任务,人体内也有天然分子马达在执行重要任务,如一种被称为ATP合成酶的马达蛋白产生三磷酸腺苷(ATP)分子,供人体短期储存和传递能量。

天然分子马达不可或缺,但在微观尺度上重建机械性能与ATP合成酶相当的马达则非常困难。现在,研究人员借助DNA折叠术构建了一个能工作的纳米级旋转马达。

慕尼黑技术大学:首个DNA材料制成的纳米马达面世

DNA折叠术由美国加州理工学院科学家保罗·罗斯蒙德于2006年发明。该研究负责人、慕尼黑技术大学(TUM)教授亨德里克·迪茨说:“多年来,我们一直在改进这种方法,现在可以借此研制出非常精确和复杂的物体,例如可以捕捉病毒的分子开关等。”

新型纳米马达由DNA材料制成,包含3部分:基座、平台和转子臂。基座约40纳米高,固定在溶液中的玻璃板上。基座上安装了一个长500纳米的转子臂,使其能够旋转。位于基座和转子臂之间的平台对马达能否按预期工作至关重要。在没有能量供应的情况下,电机的转子臂会因为与周围溶液中分子的碰撞而随机移动,一旦通过两个电极施加交流电压,转子臂就会在一个方向上旋转。

慕尼黑技术大学:首个DNA材料制成的纳米马达面世

迪茨表示,这种新型马达具有前所未有的机械性能——它每秒产生的能量比两个ATP分子分裂时释放的能量还要多。此外,可以通过电场的方向及交流电压的频率和幅度来控制转子臂旋转的速度和方向,未来有望用于驱动用户定义的化学反应:在表面密布这种马达,添加起始材料,随后施加一点交流电压,马达就会产生理想的化合物。

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