哈工大设计超分子马达全新体系，为设计游动纳米机器人提供新方案

发布时间：2023-04-06 09:47:38 所属栏目：外闻来源：

导读：哈尔滨工业大学团队构建出一种超分子胶体马达全新体系。该体系基于可控化学分子组装而成，并由数百个旋转生物分子马达（自然界中最小的分子马达）所驱动。

此前的研究中，化学驱动的超分子胶体马达若想获得驱动力

哈尔滨工业大学团队构建出一种超分子胶体马达全新体系。该体系基于可控化学分子组装而成，并由数百个旋转生物分子马达（自然界中最小的分子马达）所驱动。

此前的研究中，化学驱动的超分子胶体马达若想获得驱动力，往往用到的是酶一类的催化剂。而该团队首次利用旋转生物分子马达作为动力引擎，实现了有效的能量转化。通过对超分子胶体马达动力单元进行动态调控，结论证明了这些生物电路的分子机器能够驱动更大尺度机器控制系统的确切功能的可行。

在细胞中，不同的亚细胞器、生物大分子和分子复合物通过协调的形式有效地转换和传递材料、信息和能量，积极地与环境相互作用，从而产生大规模的能够同时执行多种复杂生物标志物的功能的自适应人机交互系统的运动。

该团队提出了一种兼具能量合成和自驱动的旋转生物分子马达驱动的超分子胶体马达，该马达由模板辅助层层自组装与囊泡融合方法相结合制成。其中，三磷酸腺苷（Adenosine triphosphate，ATP）是细胞的主要能量来源，由旋转生物分子马达蛋白 F0F1-ATP 合酶产生。

研究人员在不同光照的波长与强度条件下，对超分子胶体马达进行了观察，他们发现，该马达的运动能力取决于环境因素。特别是在最大吸收波长近红外光范围里，该马达的最佳运动速度能达到 1.41μm/s。

值得关注的是，如果想对 ATP 分子进行合成，其必备条件是光照、ADP、无机磷酸盐以及 3 个质子。该质子流产生的背后，是光合磷酸化过程中，由光生电子传递链伴随着质子传递形成的跨膜质子梯度。超分子胶体马达在循环光照下，表现出稳定的光电流，这意味着产生了光诱导电子这种微观粒子。

并且，该课题组注意到，超分子胶体马达的运动行为还会随着参与光合磷酸化反应的 ADP 浓度不同而改变。如果反应底物量过多，则会对超分子马达的活性产生影响，进而超分子胶体马达的 ATP 产出受限，使胶体马达的运动速度降低。

基于此，团队成员得出结论，自扩散泳力由反应物浓度梯度引发而成。而这种反应物浓度梯度则是由多个 ATP 合酶分子马达旋转消耗 ADP、无机磷合成 ATP 的共同作用下产生的，并且使这些自给自足的超分子胶体马达设计成能够单独地产生高度独立的动力系统的自主运动。

和超分子胶体马达相比，细菌的运动很大程度上取决于其底部的旋转蛋白质马达与蛋白质鞭毛。考虑到缺少了鞭毛，细菌的游动就会受限等情况。下一步，该课题组计划进行更深入的研究，以在生物分子马达的 β、c 亚基上附着人工鞭毛为目标。希望实现类似于游泳的细菌，可以让 ATP 合酶的旋转运动对超分子胶体马达进行直接驱动。

（编辑：汽车网）

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