百万分之一毫米的电机

近日，由德国波恩大学领导的国际科学家团队开发了一种新型纳米电机。 它是由一个聪明的机制驱动，可以执行脉冲运动。 目前，研究人员现在正计划对它安装一个联轴器，并将其安装为复杂机器中的驱动器。 这一发现已发表在《自然》杂志上。

 电机功能和类比

这种新型电机类似于手握训练器，在经常使用后可以增强抓握力。不过，电机的力大约要小一百万倍。 两个手柄由V形结构的弹簧连接。

在手握训练器中，你把手柄握在一起，抵御弹簧的阻力。 一旦你松开握把，弹簧会将手柄推回原始位置。“我们的电机使用了非常相似的原理”，波恩大学生命和医学研究所Michael Famulok教授表示。 “但把手不是压在一起的，而是拉在一起的。”

为此，研究人员重新利用了一种机制，没有这种机制就不会有植物或动物。 每个细胞都配备了一种图书馆。 它包含细胞履行其功能所需的所有类型蛋白质的蓝图。如果细胞想要生产某种类型的蛋白质，它会订购相应蓝图的副本。这种转录物由RNA(核糖核酸）聚合酶产生。

RNA聚合酶驱动脉冲运动

最初的蓝图是由长链DNA组成。RNA聚合酶沿着这些链移动，并逐个复制存储的信息。Famulok解释说：“我们将RNA聚合酶连接到纳米机器的一个手柄上。就近，我们还在两个手柄之间拉紧了一条DNA链。聚合酶抓住这条链来复制它。它沿着支点拉动自己，未转录的部分变得越来越小。这一点一点地将第二个手柄拉向第一个手柄，同时压缩弹簧。”

电机操作周期

手柄之间的DNA链在它结束前不久包含着一个特定的字母序列。 这个所谓的终止序列向聚合酶发出信号，表明它应该释放DNA。弹簧可以再次放松，并将手柄分开。 这使DNA链的起始序列靠近聚合酶，分子复制可以开始一个新的转录过程：循环由此重复。 研究小组的Mathias Centola解释说：“通过这种方式，我们的纳米电机进行了脉冲活动。”他操作了很大一部分的实验。

   这种新型电机类似于手握训练器，在经常使用后可以增强抓握力。 不过，电机的力大约要小一百万倍。 两个手柄由 V 形结构的弹簧连接

字母汤作为燃料

与任何其他类型的电机一样，这种电机也需要能量。 它是由聚合酶产生转录物的“字母汤”提供。

这些字母中的每一个（技术术语：核苷酸）都有一条由三个磷酸盐基团组成的小尾巴——一个三磷酸盐。 为了给现有的句子附加一个新的字母，聚合酶必须去除其中两个磷酸盐基团。 这释放了可用于将字母连接在一起的能量。 Famulok说：“我们的电机使用核苷酸三磷酸盐作为燃料。”“只有当有足够数量可用时，它才能继续运行。”

通过监测单个纳米电机，总部位于美国密歇根州的一个合作伙伴能够证明他们实际上执行了预期的活动。 亚利桑那州的一个研究小组也在高速计算机上模拟了这个过程。 比如，这些结果可用于优化电机以特定的脉冲速度工作。

除此之外，研究人员能够证明电机可以很容易地与其他结构相结合。 比如，一个蠕虫以自己独特的风格沿着树枝拉动自己，使它们可能在物体表面上漫步。

Famulok解释说：“我们正在计划生产一种离合器，让我们能够在特定的时间利用电机的功率，其他时候就是空闲着。从长远来看，电机可能会成为复杂纳米机器的核心。 可是，在我们达到这个程度之前，还有很多工作要做。

编译自《Scitech》

（责任编辑  林晨）