微流控接口助推双足纳米机器人
2017-05-05 22:59:38 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
据麦姆斯咨询报道，一个研究团队从DNA当中提取一种双足马达，可以由基于计算机的微流控接口进行控制。这款分子机器可以“游走”于DNA的折纸轨道，以应对DNA燃料链和反燃料链命令，它将有可能用于纳米技术应用，如新一代纳米机器和用于分子计算、分子组装的“纳米工艺”。
据麦姆斯咨询报道，以色列的一个研究团队从DNA当中提取一种双足马达，可以由基于计算机的微流控接口进行控制。这款分子机器可以“游走”于DNA的折纸轨道，以应对DNA燃料链和反燃料链命令，它将有可能用于纳米技术应用，如新一代纳米机器和用于分子计算、分子组装的“纳米工艺”。
双足马达
以色列比尔夏华尼格夫古里昂大学的团队领导人Eyal Nir解释道，“与自主运行的分子机器不同，我们设计了一种重要的合成分子机器来响应外部的命令，这些命令通常以化合物的形式出现。为了与上述机器通信，我们需要一种有效的方法来提供和取消机器环境中的化学指令，在组装和操作过程中也需要提供可以观察机器状态的方法。我们已经成功地将基于微流控的平台和单分子荧光光谱运用于分子机器。”
Eyal Nir补充道，“微流控是一种基于亚微米容积的流体技术，这使得我们能够精确地将化学物质引入或移除出合成分子机器，单荧光光谱帮助我们在纳米级和次级分辨率下观察各个机器的运行状态。”
灵感来源于马达驱动蛋白
与此前的双足步行者类似，Nir及其同事制造该装置的灵感来源于在大自然中发现的马达驱动蛋白，它的工作原理为三磷酸腺苷（adensone triphosphate, ATP）的水解。从微管丝分离出来之前，这类马达每秒钟能行走成百上千步。对此类步行者而言，在前腿稳定地锚定之前，后面的“腿”必须“知道”如何才能不从轨道上脱离。
Nir表示，“我们创造的马达的两条腿由DNA链构成，行走11纳米的步骤包括腿部系链和未系链的预定义DNA轨迹（也由DNA构成，使用了一种叫做DNA折纸的技术），在不同的‘燃料’和‘反燃料’DNA链（由外部微流控平台提供）驱动下，双足马达得以沿着轨道前行。”
第一款由电脑控制的DNA分子机器
Nir指出，“步行者采取32个步骤，对应64种不同的化学反应，步行距离超过370纳米，且包括3次方向改变。我们通过预编程计算机算法对每个分子机器做成命令并改变其方向。”
这是第一款由电脑控制的DNA分子机器，更为重要的是，这款分子机器中剩余和被使用的化学品命令可以被自动冲洗掉，允许机器在保持优先环境的同时持续运行。
纳米机器人的下一步
据研究人员介绍，新技术将允许DNA马达和机器，诸如DNA计算机、机械式纳米显微操纵仪和用于分子组装的纳米工厂，借由微量流量进行外部控制。它将有助于开发并改善在分子水平执行各种任务的复杂机器。
Nir及其研究团队将成果发表在了ACS NanoDOI: 10.1021/acsnano.7b00547，他们表示他们已经投身于一种新型两足步行者的开发中，这种新开发的分子机器能够行走更多的步数，可能是数百到数千，而且速度更快。Nir 透露道，“我们也制造了能够高速旋转且不会停止的旋转马达，我们也在研究几台独立马达构成的系统，这些马达能够在其间有效地传输分子货物。”
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