受标志性荷兰风车和生物马达蛋白的启发，代尔夫特理工大学的科学家们利用 DNA 开发出了世界上最小的自配置流动驱动马达。 这种流动驱动的转子将来自电或盐梯度的能量转换成有用的机械功。
Xin Shi博士，生物纳米科学系Cees Dekker教授实验室的博士后研究员 代尔夫特理工大学 （代尔夫特理工大学）说， “几千年来，旋转电机一直是人类社会的动力源。 这些由流体驱动的旋转电机也适用于需要运行的电池。 但迄今为止，纳米级的合成结构仍然难以捉摸。”
“我们的流体驱动电机由 的DNA 材料。 在薄膜中，这种结构对接在纳米孔（一个微小的开口）上。 仅 7 纳米厚度的 DNA 束在电场下自组织成类似转子的结构，随后进行每秒超过 10 转的持续旋转运动。”
七年来，科学家们一直试图从头开始合成这种旋转纳米电机。 在这项研究中，科学家们使用了一种称为 DNA 折纸的技术，该技术利用互补 DNA 碱基对之间的特定相互作用来构建 7D 和 2D 纳米物体。
水和离子流为转子提供动力。 这是通过施加电压来实现的，或者更简单地，通过使膜的两侧具有不同的盐含量来实现。 后者是生物学中最丰富的能源之一，为细胞推进和细胞燃料制造等多种关键功能提供燃料。
科学家指出， “这一成就是一个里程碑，因为它是纳米级流体驱动主动转子的首次实验实现。”
科学家们在观察到这些旋转后感到困惑：如此简单的 DNA 棒如何能够表现出这些良好、持续的旋转呢？
他们与哥廷根马克斯·普朗克动力学与自组织研究所的理论家 Ramin Golestanian 及其团队进行讨论，解决了这个难题。 他们通过一个新建模的系统发现了令人着迷的自组织过程，其中束自发变形为手性转子，然后与来自纳米孔的流动耦合。
她说， “这种自组织过程真正展现了简单之美。 但这项工作的重要性并不仅限于这个简单的转子本身。 其背后的技术和物理机制确立了构建合成纳米电机的全新方向：流驱动纳米电机 涡轮机令人惊讶的是，这是一个科学家和工程师尚未探索的领域。”
“你会感到惊讶的是，我们对建造这种流动驱动的纳米涡轮机知之甚少，也取得了如此少的成就，特别是考虑到我们在建造它们的宏观对应物以及它们在生命本身中发挥的关键作用方面拥有数千年的知识。”
接下来，科学家们取得了重大进展：他们利用开发自组织转子后获得的知识设计了纳米级涡轮机。
她说， “就像科学和技术总是如何运作一样，我们从一个简单的风车开始，现在可以重现美丽的荷兰风车，但这次的尺寸只有 25 纳米，相当于一个风车的大小 你体内的蛋白质，并且他们展示了承载负载的能力。”
监督这项研究的 Cees Dekker 说： “现在，旋转方向是由设计的手性决定的。 左手涡轮机顺时针旋转； 右手的人逆时针旋转。”
她 说过, “除了更好地理解和模仿 FoF1-ATP 合酶等运动蛋白之外，这些结果为纳米级主动机器人工程开辟了新的视角。 我们在这里展示的是一种真正能够转换能量并做功的纳米级发动机。 你可以用18世纪蒸汽机的第一个发明来类比。 当时谁能预测它如何从根本上改变我们的社会呢？ 对于这些分子纳米马达，我们现在可能处于类似的阶段。 潜力是无限的，但仍有很多工作要做。”
杂志参考：
- Shi, X.、Pumm, AK.、Isensee, J. 等人。 自组织 DNA 转子在纳米孔上持续单向旋转。 纳特物理. （2022 年）。 DOI： 10.1038 / s41567-022-01683-Z
