百事通！DNA折叠术造出“荷兰风车”——迄今最小流量驱动电机仅25纳米

• 2022-08-08 16:58:08 来源：科技日报

(资料图片仅供参考)

科技日报实习记者 张佳欣

荷兰代尔夫特理工大学研究人员制造出世界上最小的流量驱动电机。受荷兰标志性风车和生物马达蛋白的启发，研究人员构建出一种通过DNA自我配置的流动驱动转子，可将电能或盐梯度的能量转化为有用的机械功。这一成果为在纳米尺度上设计主动机器人开辟了新的途径。相关论文发表在最近的《自然·物理》杂志上。

流量驱动DNA转子（艺术概念图）。图片来源：代尔夫特理工大学塞斯·德克实验室

几千年来，旋转电机一直是人类社会的动力源。从荷兰及世界各地的风车和水轮，到今天代表绿色能源未来的先进的离岸风力涡轮机。这些由水流或风力驱动的旋转马达在生物细胞中也有突出的应用，FoF1-ATP合成酶就是一个例子，它能产生细胞运行所需的燃料。但到目前为止，要制造纳米级的合成结构仍然很难。

此次制造的流量驱动电机是由DNA材料制成的。这种结构与薄膜中的纳米孔（一个微小的开口）对接。在电场作用下，只有7纳米粗细的DNA束自组织成转子状结构，随后进入每秒10转以上的持续旋转运动。

7年来，研究人员一直在尝试自下而上地综合制造这样的旋转纳米电机。他们使用DNA折叠技术，利用互补DNA碱基对之间的特定相互作用来构建2D和3D纳米物体。通过施加电压等方式形成离子流产生能量，使转子旋转。其旋转方向由转子的手性设定，左旋顺时针旋转；右旋则逆时针旋转。研究人员还展示了这种“纳米涡轮机”承载负荷的能力。

研究人员表示，这一成果是一个里程碑，因为它是迄今为止首次在纳米尺度上实现的流量驱动有源转子实验。这项工作的重要性并不仅限于这个简单的转子本身，它背后的技术和物理机制为制造合成纳米电机开辟了一条全新途径——流量驱动的纳米涡轮机，这是一个尚未被探索的领域。

研究人员表示，他们制造出第一个纳米级涡轮机，再现了美丽的荷兰风车，但这一次它只有25纳米，相当于体内一个蛋白质的大小。

总编辑圈点：

一般来说，无论是极大尺度还是极小尺度，都会对科学研究带来许多全新的挑战。就拿风车和涡轮机来说，它们的结构和原理早已被人所熟知，在生活中也比较常见，所以会被看作平平无奇。可是说起用DNA材料研制成的纳米尺度的涡轮机，那就进入了被探索的科学前沿。有人可能好奇，做这么迷你的涡轮机有啥用？不用担心，在医药研发、医疗手术等领域，纳米级机器人大有用途。

标签： 研究人员 驱动电机 荷兰风车

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