作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2022/8/8 10:27:02
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DNA折叠术造出“荷兰风车”
迄今最小流量驱动电机仅二十五纳米

 

科技日报北京8月7日电 (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。

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。

 
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