首個DNA材料製成的納米馬達面世，有望用於驅動化學反應

科技日報記者 劉霞

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

a、b：基座和三角形平台示意圖，圓柱體表示DNA雙螺旋。c：馬達裝配步驟。d、e：轉子臂組件。f：微型馬達動力學實驗裝置（左）；接上電極產生旋轉（右）。

圖片來源：《自然》網站

汽車、鑽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。現在，研究人員藉助DNA摺疊術構建了一個能工作的納米級旋轉馬達。

DNA摺疊術由美國加州理工學院科學家保羅·羅斯蒙德於2006年發明。該研究負責人、慕尼黑技術大學（TUM）教授亨德里克·迪茨説：“多年來，我們一直在改進這種方法，現在可以藉此研製出非常精確和複雜的物體，例如可以捕捉病毒的分子開關等。”

新型納米馬達由DNA材料製成，包含3部分：基座、平台和轉子臂。基座約40納米高，固定在溶液中的玻璃板上。基座上安裝了一個長500納米的轉子臂，使其能夠旋轉。位於基座和轉子臂之間的平台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，未來有望用於驅動用户定義的化學反應：在表面密佈這種馬達，添加起始材料，隨後施加一點交流電壓，馬達就會產生理想的化合物。