用DNA做成的马达在我们的日常生活中，无论是汽车、钻头还是自动咖啡机，我们都需要马达来做各种各样的事情。在更小的尺度上，例如活细胞，存在一系列的天然分子马达，它们起着至关重要的作用，从移动细菌鞭毛到储存和移动能量的三磷酸腺苷（ATP）分子。虽然需要天然的分子马达，但是在这个尺度上再现具有接近天然分子马达功能的马达是非常困难的。最近，在《自然》杂志上发表的一项研究中，一组物理学家利用DNA折纸技术，制作了第一台由DNA链构建的纳米级电动马达。纳米级的DNA马达虽然不是第一次，但实际进行可测量的机械作业的纳米级分子旋转马达还是第一次以随机的方式不断地运动。通常粒子互相碰撞的话互相传递能量细胞中的生物机器，由于布朗的运动也不断受到冲击。活细胞中充满了分子机械，刚才的分子旋转马达也是这样，这些分子马达通常遵循棘轮机构。这很像弹簧装置的齿轮。要使分子机制的运动具有方向性，首先要克服溶液中的随机热力。一项新的研究试图用DNA来设计一个根据“布朗”运动而运动的马达。就像在活细胞中看到的基于蛋白质的分子机器。使用DNA折纸技术制作微型马达的研究者们使用DNA折纸技术，实现了这个想法。DNA折纸是Rothemund在2006年首次提出的技术，是一种使用短DNA链制作复杂特殊形状的二维或三维结构的技术。自从提出这项技术以来，它已经成为纳米级构建结构的标准工具在新的研究中，我们利用DNA折纸技术，设计并制作了一个高40纳米，宽30纳米的底座。在台座上固定了一边60纳米厚13纳米的等腰三角形平台，还制作了全长500纳米的转子（旋转臂）这是马达组装顺序的概略图。（照片/Nature）为了产生棘轮效应，研究者们在三角形平台上做了一个突起。该突起起到“棘轮故障”的作用，使旋转臂难以旋转。为了通过障碍物旋转，旋转臂必须稍微向上弯曲。[004]运动提供的动量通常可使旋转臂克服此障碍旋转。左：可以用显微镜观察的马达装置的示意图。右：将两个电极浸入溶液，连接到函数发生器，产生方波交流。（图/图Nature、在完全没有能量供给的状态下，旋转臂会因周围溶液分子的随机碰撞而随机向某个方向移动。为了应对这个问题，研究小组在装置中加入了两个电极，并在该电极上建立了交变电场。通过控制电场的方向和交流电压的频率和振幅，可以控制机械臂的转速和方向，使机械臂在一个方向上连续旋转。一项了不起的成就是，通过将三个DNA折纸的结构固定在一个玻璃表面，将被动装置变成电动马达，成功构建了“布朗”棘轮机构的旋转。在该机构中，旋转臂的旋转将朝向预期的方向，相反方向的旋转将被阻止。这是第一个由DNA形成的纳米级电动马达。这是DNA纳米技术的进一步进步。这种纳米马达具有前所未有的机械性能，可以与细胞内的分子机械匹敌。两个ATP分子分裂释放的能量在1秒内产生更多的能量，实现电能转换为动能的自组织化，不仅具备开关，还能人为控制转速和旋转方向是用DNA折纸折叠实现的。这是一个了不起的成就。参考来源：https：//www.tum.de/en/about-tum/news/press-releases/details/37521https：//www.Nature。com / articles d4158602201992 ~ 6 https//www.Nature。com/articles/s41586-022-04910-y封面插图出处：gam-ol/Pixabay
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