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科学家成功研发世界上最小的流动驱动马达

2022-08-06 09:37
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若是问起旋转电机,想必很多人都不清楚这个词,但若是问起荷兰的风车和水车,人们一定会有所感觉,事实上风车和水车都属于旋转电机,是将外力(水力、风力等)转化成能量的机器,这种方式可以有效地保证能量最大转换效率。

近日,来自荷兰代尔夫特理工大学的研究团队宣布,已成功研发出世界上最小的流动驱动马达,他们受到荷兰风车和生物马达蛋白的启发,从DNA中创造了一个自我配置的流动驱动转子,将来自电和盐梯度的能量转换为有用的机械功,该项研究的突破将推动纳米级主动机器人工程的发展。

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据研究人员施新(音译)博士表示:“这些由水流驱动的旋转马达,在生物细胞中也有突出的特点。一个例子是FoF1-ATP合成酶,它产生细胞运作所需的燃料。但迄今为止,纳米级的合成结构仍然难以捉摸,我们的流动驱动马达是由DNA材料制成的。这种结构被对接在一个纳米孔上,一个微小的开口,在一个薄薄的膜上。在电场的作用下,厚度仅为7纳米的DNA束自我组织成一个类似转子的构造,随后被设定为每秒超过10转的持续旋转运动,已经7年了,我们一直在尝试自下而上地合成这种旋转的纳米电机。我们与慕尼黑工业大学的亨德里克-迪茨实验室合作,使用了一种叫做DNA折纸的技术,这项技术利用互补的DNA碱基对之间的特定相互作用来构建二维和三维纳米物体。转子利用来自水和离子流的能量。这是通过施加电压或更简单的方式建立的:通过在膜的两边有不同的盐浓度。后者实际上是生物学中最丰富的能量来源之一,为各种关键过程提供动力,包括细胞燃料合成和细胞推进。”

该项研究的突破,是一个历史性的里程碑,因为它是有史以来第一次在纳米尺度上实现流动驱动的主动转子的试验。除了更好地理解和模仿FoF1-ATP合成酶等运动蛋白外,这些结果为在纳米尺度上设计主动式机器人打开了新的前景。施新表示:“我们在这里展示的是一个纳米级的发动机,它真正能够传递能量并做功。你可以用18世纪蒸汽机的首次发明来做个比喻。谁能预料到它是如何从根本上改变我们的社会的呢?我们现在可能正处于与这些分子纳米发动机类似的阶段。潜力是无限的,但仍有许多工作要做。”

该项研究及具体细节已整理发表在知名学术杂志《自然-物理学》上。


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