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数千年来,旋转电机一直是人类社会的动力源。从荷兰和世界各地的风车和水车,到当今代表绿色能源未来的先进海上风力涡轮机。这些由水流或风驱动的旋转电机在生物细胞中也有突出的应用,例如FoF1-ATP 合酶,它产生细胞运行所需的燃料。但到目前为止,创建纳米级的合成结构仍然很困难。
此次制造的流量驱动电机采用DNA材料制成。这种结构与薄膜中的纳米孔(一个微小的开口)对接。在电场的影响下,厚度仅7纳米的DNA束自组织成类似转子的结构,然后进入每秒10转以上的连续旋转运动。
七年来,研究人员一直试图从下到上合成这种旋转纳米电机。他们利用DNA 折叠技术,利用互补DNA 碱基对之间的特定相互作用来构建2D 和3D 纳米物体。通过施加电压或其他方法,形成离子流以产生能量,从而使转子旋转。旋转方向由转子的手性决定,顺时针为左旋,逆时针为右旋。研究人员还展示了这种“纳米涡轮机”承载负载的能力。
研究人员表示,这一成就是一个里程碑,因为这是迄今为止在纳米尺度上实现的第一个流动驱动主动转子实验。这项工作的重要性不仅限于这个简单的转子本身,其背后的技术和物理机制开辟了一种创建合成纳米电机——流驱动纳米涡轮机的新方法,这是一个尚未被探索的领域。
研究人员表示,他们已经制造出了第一台纳米级涡轮机,可以重现美丽的荷兰风车,但这次它的尺寸只有25纳米,相当于体内蛋白质的大小。