德國科學家在最新一期《自然》雜志上發(fā)表論文稱，他們首次成功使用DNA折疊法制造出了一款分子馬達。這種由遺傳物質制成的新型納米馬達可以自我組裝并將電能轉換為動能，可以開關，還能通過施加電場控制其轉速和旋轉方向，未來有望用于驅動化學反應。

汽車、鉆機等機器內的馬達能幫人們完成日常生活中的各種任務，人體內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。

天然分子馬達不可或缺，但在微觀尺度上重建機械性能與ATP合成酶相當的馬達則非常困難?，F在，研究人員借助DNA折疊術構建了一個能工作的納米級旋轉馬達。

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、平臺和轉子臂。基座約40納米高，固定在溶液中的玻璃板上?；习惭b了一個長500納米的轉子臂，使其能夠旋轉。位于基座和轉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，轉子臂就會在一個方向上旋轉。

迪茨表示，這種新型馬達具有前所未有的機械性能——它每秒產生的能量比兩個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子臂旋轉的速度和方向，未來有望用于驅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，馬達就會產生理想的化合物。

慕尼黑工業(yè)大學 ( TUM ) 的研究人員開發(fā)了世界上第一個由 DNA 制成的電動納米馬達。這種自我組裝結構可以被電荷激活，然后旋轉一個棘輪轉臂。這個微小的馬達是用一種叫做 DNA 折紙的技術制成。與其同名的紙藝一樣，該方法涉及將 DNA 鏈復雜地折疊成三維形狀。

由于這些結構都是通過精心選擇將以特定方式折疊和相互連接的 DNA 序列制成，因此研究人員可以將特定的鏈添加到溶液中從而讓 DNA 物體自己組裝起來。

在這項新研究中，該團隊首次利用這一過程用 DNA 制造了一個分子馬達。該馬達由一個長達 500 納米 ( nm ) 的轉子臂組成，它被安裝在一個固定在玻璃板上的高約 40 納米的底座上。纏繞在底座頂端 -- 就在轉子下方的是一個平臺的表面內置了幾個棘輪障礙物，其可以控制轉子能夠旋轉的方向。

為了打開納米馬達，從兩個電極施加交流電壓從而使轉子旋轉。研究小組可以通過改變電場的方向及調整施加電壓的頻率和振幅來控制旋轉的速度和方向。

雖然這是第一個用 DNA 制成的納米馬達，但過去也曾制造過其他類似的設計。不過研究團隊稱，以往的設計有可能被用來推動微小的機器人，但他們的新 DNA 納米馬達卻可以被用來做化學實驗。

該研究的論文第一作者 Hendrik Dietz 說道：" 如果我們進一步開發(fā)這個馬達，那么我們可能在未來用它來驅動用戶定義的化學反應。如表面可以密集地涂上這種馬達。然后你將添加起始材料并施加一點交流電壓，這樣電機就會產生所需的化合物。"

在自然界，由蛋白等功能生物大分子組成的納米尺寸的分子馬達，可以將外部能量轉變?yōu)闄C械能。生命體的很多功能行為，比如物質運輸、肌肉收縮等，都可追溯到分子馬達的推送作用。而最近幾年，納米技術的蓬勃發(fā)展為構建自推進人工納米馬達創(chuàng)造了便利條件。

在所有外界能量供應中，光能具有遠距離無創(chuàng)穿透的特點，其可對人工納米馬達進行遠程遙控以實現納米藥物在體內的定向運輸。光吸收重金屬，是常見的光熱機理動力引擎，它可驅動納米馬達在溶液中熱泳，因其運動機理與周圍化學物質無關可廣泛適用于多種復雜環(huán)境。

然而，不可降解的重金屬納米粒導致的生物安全性問題限制了其實際應用。基于此，天津大學化工學院高分子科學與工程系副教授團隊，在一項工作中利用具有光響應性能的偶氮苯基聚合物聚集體，作為光驅動有機高分子引擎，通過納米沉淀技術將其和多種功能高分子進行納米尺寸可控組裝，制備出具有不對稱形貌的有機高分子納米馬達，它具有生物相容性特點。

一方面，有機高分子引擎可通過光熱轉換為納米馬達的熱泳提供動力;同時，光異構化內部質量遷移引起的形變可進一步促進馬達推進，從而通過偶氮苯基聚合物引擎將光能轉變?yōu)闄C械能，驅動納米馬達在溶液中定向運動。

從應用上，這款完全有機的光驅動納米馬達，在紫外光遙控下有效穿透多重生理屏障，將抗癌藥物定向輸送到腫瘤組織內部，最終顯著提高其抗癌活性。與常規(guī)納米馬達中高分子只作為光熱重金屬引擎的支撐結構不同的是，該納米馬達實現了和天然分子馬達一樣的能力——可通過功能高分子本身實現能量轉換以驅動其運動，這為設計和構建多功能納米馬達提供了新思路。