微小的纳米机器成功地完成了试驾

波恩大学的科学家和波恩的凯撒研究所的科学家们与来自美国的同事们一起使用纳米结构来构建一个微型机器，该机器构成一个旋转马达，可以朝着特定的方向移动。研究人员使用DNA的圆形结构。结果现在将在Nature Nanotechnology杂志上发表。

纳米机器包括复杂蛋白质和核酸的结构，其由化学能提供动力并且可以执行定向运动。该原理从自然界已知：例如，细菌使用鞭毛向前推进。波恩大学，波恩研究所Caesar和密歇根大学(美国)的团队使用DNA纳米环形结构。两个环像链一样链接。波恩大学生命与医学科学(LIMES)研究所的Michael Famulok教授解释说：“一个环履行轮子的功能，另一个环在化学能的帮助下驱动它像发动机一样。”

微型车只能测量约30纳米(百万分之一毫米)。“燃料”由蛋白质“T7 RNA聚合酶”提供。与作为引擎的环结合，该酶基于DNA序列合成RNA链，并使用在该过程中释放的化学能来进行DNA环的旋转运动。“随着轮换的进行，RNA链就像RNA聚合酶中的一条线一样生长，”来自Famulok团队的主要作者JuliánValero博士说。研究人员正在使用这种不断扩大的RNA线，它基本上从发动机作为废物突出，通过在DNA纳米管轨道上使用标记来保持小型车辆的运行。

试驾长度为240纳米

连接到这个线程的独轮车机器在其测试驱动器上覆盖了大约240纳米。“这是第一次，”Famulok说。“赛道可以根据需要进行扩展。” 在下一步中，研究人员不仅要扩大路线的长度，还要在测试轨道上规划更复杂的挑战。在内置交叉点，纳米机器应该决定走哪条路。“我们可以使用我们的方法来预先决定机器应该采取哪种转向，”Valero说，展望未来。

当然，科学家们无法用肉眼观察小型车辆。通过使用原子力显微镜扫描纳米机器的表面结构，科学家们能够可视化互锁的DNA环。此外，该团队使用荧光标记显示机器的“轮子”实际上正在转动。一旦纳米独轮车通过它们，纳米管路径上的荧光“方式标记”就会亮起。基于此，还可以计算车辆的速度：车轮转一圈大约需要十分钟。这不是很快，但对研究人员迈出了一大步。“沿着理想的方向移动纳米机器并非易事，”Famulok说。

机器的组件通过自组织组装

当然，与宏观机器不同，纳米机器没有用焊枪或扳手组装。建筑基于自组织原则。如在活细胞中一样，当相应的组分可用时，所需的结构自发地产生。“它就像一个想象中的谜题，”Famulok解释道。每个拼图都旨在与非常具体的合作伙伴互动。如果您将这些伙伴精确地放在一个容器中，每个粒子都会找到它的伙伴，并自动创建所需的结构。

到目前为止，全世界的科学家已经开发了许多纳米机器和纳米发动机。但是Famulok团队开发的方法是一个完全新颖的原则。“这是一个很大的进步：在纳米尺度上可靠地设计和实现这样的事情并不容易，”科学家说。他的团队希望尽快开发更复杂的纳米发动机系统。“这是基础研究，”Famulok说。“不可能确切地看到它将在哪里领先。” 通过一些想象，可能的应用可以例如包括基于分子运动执行逻辑运算的分子计算机。此外，微型机器可以将药物通过血液精确地运送到需要的地方。“但这些仍然是未来的愿景，”Famulok说。