本报讯 在一项7月20日发表于《自然》的研究中，物理学家用DNA链构建了一个分子马达，可通过“拧紧”DNA“弹簧”来储存能量。该技术旨在应用于合成化学和药物递送等领域。
研究团队成员之一、德国慕尼黑工业大学生物物理学家Hendrik Dietz指出，这不是第一个以DNA为材料构建的纳米马达，但“肯定是第一个真正执行可量化机械工作的马达”。
在活细胞中，从细菌鞭毛摆动到产生构成细胞能量储备的ATP分子，包括旋转分子马达在内的分子机器随处可见。这些分子马达通常为棘轮机构，类似于时钟里的齿轮机构，这使得它们只能朝一个方向旋转。
Dietz和同事受此启发，希望用DNA制造一种可由布朗运动驱动的马达，就像细胞中那些以蛋白质为材料构成的天然分子马达一样。
他们采用了新的“DNA折纸术”，即将噬菌体的单链DNA环与短链人工合成DNA（可匹配噬菌体基因组中特定位点的碱基序列）混合在一起。短链部分与长链结合，使后者折叠成所需的形状。
采用上述方法，Dietz团队用DNA构建了一个三角形平台，每个平台中间都有一根“杆子”。他们将上述结构粘贴到玻璃表面，再添加长的DNA旋臂。该旋臂附着在平台上，可以围绕“杆子”旋转。
为了产生棘轮效应，研究人员在平台上设置了凸起，使旋转更加困难。只有布朗运动提供的“碰撞”才能使旋臂克服颠簸并旋转，但通常只能转半圈，而且是在没有任何干预的情况下。这种旋转是随机进行的。
研究小组将两个电极浸入溶液中，并释放交流电。电压的变化改变了DNA旋臂所经历的能量格局，并通过一种被称为闪烁布朗棘轮的机制使其更倾向于朝一个方向旋转。
这就将无源器件变成了真正的马达。显微镜图像显示，在这些条件下，每条旋臂能够保持向同一方向旋转。而具体旋转的方向则取决于三角形底座相对于电极的精确方向。
至此，就其本身而言，这种纳米级马达只不过克服了周围溶液的阻力。为了证明该马达可以做潜在有用的工作，研究人员将另一条DNA链连接到转子上，使其像用于转动机械表齿轮的弹簧一样旋转。这种机制可以帮助纳米机器储存能量或拉动其他机械部件。（徐锐）
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https://doi.org/10.1038/s41586-022-04910-y
