Nature：科學家成功使用DNA折疊法制造出一款分子馬達

科技日報記者劉霞

德國科學家在新一期《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。這種由遺傳物質(zhì)制成的新型納米馬達可以自我組裝并將電能轉(zhuǎn)換為動能，可以開關，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)動化學反應。

a、b：基座和三角形平臺示意圖，圓柱體表示DNA雙螺旋。c：馬達裝配步驟。d、e：轉(zhuǎn)子臂組件。f：微型馬達動力學實驗裝置（左）；接上電極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)（右）。
圖片來源：《自然》網(wǎng)站　

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

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

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

新型納米馬達由DNA材料制成，包含3部分：基座、平臺和轉(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)子臂之間的平臺對馬達能否按預期工作至關重要。在沒有能量供應的情況下，電機的轉(zhuǎn)子臂會因為與周圍溶液中分子的碰撞而隨機移動，一旦通過兩個電極施加交流電壓，轉(zhuǎn)子臂就會在一個方向上旋轉(zhuǎn)。

迪茨表示，這種新型馬達具有的機械性能——它每秒產(chǎn)生的能量比兩個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制轉(zhuǎn)子臂旋轉(zhuǎn)的速度和方向，未來有望用于驅(qū)動用戶定義的化學反應：在表面密布這種馬達，添加起始材料，隨后施加一點交流電壓，馬達就會產(chǎn)生理想的化合物。