百萬分之一毫米的電機

李雨蒙

近日，由德國波恩大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際科學(xué)家團(tuán)隊開發(fā)了一種新型納米電機。?它是由一個聰明的機制驅(qū)動，可以執(zhí)行脈沖運動。?目前，研究人員現(xiàn)在正計劃對它安裝一個聯(lián)軸器，并將其安裝為復(fù)雜機器中的驅(qū)動器。?這一發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在《自然》雜志上。

電機功能和類比

這種新型電機類似于手握訓(xùn)練器，在經(jīng)常使用后可以增強抓握力。不過，電機的力大約要小一百萬倍。?兩個手柄由V形結(jié)構(gòu)的彈簧連接。

在手握訓(xùn)練器中，你把手柄握在一起，抵御彈簧的阻力。?一旦你松開握把，彈簧會將手柄推回原始位置?！拔覀兊碾姍C使用了非常相似的原理”，波恩大學(xué)生命和醫(yī)學(xué)研究所Michael?Famulok教授表示。?“但把手不是壓在一起的，而是拉在一起的。”

為此，研究人員重新利用了一種機制，沒有這種機制就不會有植物或動物。?每個細(xì)胞都配備了一種圖書館。?它包含細(xì)胞履行其功能所需的所有類型蛋白質(zhì)的藍(lán)圖。如果細(xì)胞想要生產(chǎn)某種類型的蛋白質(zhì)，它會訂購相應(yīng)藍(lán)圖的副本。這種轉(zhuǎn)錄物由RNA（核糖核酸）聚合酶產(chǎn)生。

RNA聚合酶驅(qū)動脈沖運動

最初的藍(lán)圖是由長鏈DNA組成。RNA聚合酶沿著這些鏈移動，并逐個復(fù)制存儲的信息。Famulok解釋說：“我們將RNA聚合酶連接到納米機器的一個手柄上。就近，我們還在兩個手柄之間拉緊了一條DNA鏈。聚合酶抓住這條鏈來復(fù)制它。它沿著支點拉動自己，未轉(zhuǎn)錄的部分變得越來越小。這一點一點地將第二個手柄拉向第一個手柄，同時壓縮彈簧。”

電機操作周期

手柄之間的DNA鏈在它結(jié)束前不久包含著一個特定的字母序列。?這個所謂的終止序列向聚合酶發(fā)出信號，表明它應(yīng)該釋放DNA。彈簧可以再次放松，并將手柄分開。?這使DNA鏈的起始序列靠近聚合酶，分子復(fù)制可以開始一個新的轉(zhuǎn)錄過程：循環(huán)由此重復(fù)。?研究小組的Mathias?Centola解釋說：“通過這種方式，我們的納米電機進(jìn)行了脈沖活動?！彼僮髁撕艽笠徊糠值膶嶒?。

字母湯作為燃料

與任何其他類型的電機一樣，這種電機也需要能量。?它是由聚合酶產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄物的“字母湯”提供。

這些字母中的每一個（技術(shù)術(shù)語：核苷酸）都有一條由三個磷酸鹽基團(tuán)組成的小尾巴——一個三磷酸鹽。?為了給現(xiàn)有的句子附加一個新的字母，聚合酶必須去除其中兩個磷酸鹽基團(tuán)。?這釋放了可用于將字母連接在一起的能量。?Famulok說：“我們的電機使用核苷酸三磷酸鹽作為燃料?！薄爸挥挟?dāng)有足夠數(shù)量可用時，它才能繼續(xù)運行?！?/p>

通過監(jiān)測單個納米電機，總部位于美國密歇根州的一個合作伙伴能夠證明他們實際上執(zhí)行了預(yù)期的活動。?亞利桑那州的一個研究小組也在高速計算機上模擬了這個過程。?比如，這些結(jié)果可用于優(yōu)化電機以特定的脈沖速度工作。

除此之外，研究人員能夠證明電機可以很容易地與其他結(jié)構(gòu)相結(jié)合。?比如，一個蠕蟲以自己獨特的風(fēng)格沿著樹枝拉動自己，使它們可能在物體表面上漫步。

Famulok解釋說：“我們正在計劃生產(chǎn)一種離合器，讓我們能夠在特定的時間利用電機的功率，其他時候就是空閑著。從長遠(yuǎn)來看，電機可能會成為復(fù)雜納米機器的核心。?可是，在我們達(dá)到這個程度之前，還有很多工作要做。

編譯自《Scitech》

（責(zé)任編輯??林晨）