研究人员设计了一种脉冲纳米电机
由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。它由巧妙的机构驱动，可以进行脉冲运动。研究人员现在正计划为其安装一个联轴器，并将其作为复杂机器中的驱动器安装。他们的研究结果现已发表在《自然纳米技术》杂志上。
这种新型电机类似于握力训练器，经常使用时可以增强您的握力。然而，电机却小了大约一百万倍。两个手柄通过弹簧连接成V形结构。
在握力训练器中，您需要克服弹簧的阻力将手柄挤压在一起。一旦松开手柄，弹簧就会将手柄推回到原来的位置。“我们的电机采用了非常相似的原理，”波恩大学生命与医学科学研究所 (LIMES) 的 Michael Famulok 教授解释道。“但手柄不是压在一起的，而是拉在一起的。”
为此，研究人员重新设计了一种机制，没有它就不会有植物或动物。每个单元都配备了某种图书馆。它包含细胞执行其功能所需的所有类型蛋白质的蓝图。如果细胞想要产生某种类型的蛋白质，它就会订购相应蓝图的副本。该转录本由 RNA 聚合酶产生。
RNA聚合酶驱动脉冲运动
最初的蓝图由长链 DNA 组成。RNA聚合酶沿着这些链移动并逐个字母地复制存储的信息。“我们采用了 RNA 聚合酶，并将其连接到纳米机器的一个手柄上，”Famulok 解释道，他也是波恩大学“生命与健康”和“物质”跨学科研究领域的成员。“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。它沿着支架拉动自己，非转录部分变得越来越小。这会将第二个手柄一点一点地拉向第一个手柄，同时压缩弹簧。”
手柄之间的 DNA 链在其末端附近包含特定的字母序列。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。弹簧现在可以再次放松并将手柄移开。这使得链的起始序列靠近聚合酶，分子复制器可以开始新的转录过程：循环因此重复。“通过这种方式，我们的纳米电机执行脉冲动作，”Famulok 教授领导的研究小组的 Mathias Centola 解释道，他进行了大部分实验。
字母汤作为燃料
就像任何其他类型的电机一样，该电机也需要能量。它是由聚合酶产生转录本的“字母汤”提供的。这些字母(技术术语：核苷酸)中的每一个都有一个由三个磷酸基团(三磷酸盐)组成的小尾巴。为了将新字母附加到现有句子中，聚合酶必须删除其中两个磷酸基团。这会释放能量，可用于将字母连接在一起。“因此，我们的发动机使用三磷酸核苷酸作为燃料，”法穆洛克说。“只有当有足够数量的可用时，它才能继续运行。”
通过监测单个纳米电机，位于密歇根州的合作伙伴之一能够证明它们确实执行了预期的运动。亚利桑那州的一个研究小组也在高速计算机上模拟了这一过程。例如，结果可用于优化电机以特定脉动率工作。
此外，研究人员还证明了该电机可以轻松地与其他结构相结合。例如，这应该使它能够在表面上漫步——类似于尺蠖以自己特有的方式沿着树枝拉动自己。“我们还计划生产一种离合器，使我们能够仅在特定时间利用电机的动力，否则使其闲置，”Famulok 解释道。从长远来看，电机可能成为复杂纳米机器的核心。“但是，在我们达到这个阶段之前，还有很多工作要做。”
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