生物納米馬達(dá)

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生物納米馬達(dá)，又稱生物馬達(dá)分子、分子馬達(dá)或納米機(jī)器，是由生物大分子構(gòu)成并將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的納米系統(tǒng)。天然的分子馬達(dá)，如：驅(qū)動(dòng)蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等，在生物體內(nèi)的胞質(zhì)運(yùn)輸、DNA復(fù)制、細(xì)胞分裂、肌肉收縮等生命活動(dòng)起著重要作用。它是馬達(dá)家族的革命，標(biāo)志著人類由制造物理馬達(dá)到制造生物馬達(dá)的理想成為現(xiàn)實(shí)。納米馬達(dá)這種聚合物分子含有數(shù)對(duì)氮原子，氮原子兩側(cè)各有一個(gè)苯環(huán)，環(huán)與環(huán)之間的氮“橋”扭結(jié)在一起。分子的往復(fù)伸縮形變就是馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)。分子馬達(dá)的種類和運(yùn)動(dòng)方式見(jiàn)下表：

馬達(dá)種類發(fā)動(dòng)機(jī)部件能量來(lái)源運(yùn)動(dòng)方式

細(xì)胞肌架蛋白驅(qū)動(dòng)蛋白微管蛋白ATP直線運(yùn)動(dòng)

肌球蛋白肌動(dòng)蛋白ATP直線運(yùn)動(dòng)

旋轉(zhuǎn)馬達(dá)F1一ATP酶F1復(fù)合物ATP旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

細(xì)菌鞭毛很多的蛋白質(zhì)H+/Na+旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

核苷酸馬達(dá)聚合酶DNA—RNAATP直線運(yùn)動(dòng)

解旋轉(zhuǎn)酶DNA—RNAATP直線運(yùn)動(dòng)

（出處見(jiàn)參考文獻(xiàn)1）

分子馬達(dá)方面的一個(gè)新進(jìn)展是將DNA用于納米機(jī)械裝置制成DNA馬達(dá)。2000年8月，Bell實(shí)驗(yàn)室和牛津大學(xué)的研究者開(kāi)發(fā)了一個(gè)DNA馬達(dá)。據(jù)預(yù)測(cè)，DNA馬達(dá)技術(shù)可制造比當(dāng)今快1000倍的計(jì)算機(jī)。在制作DNA馬達(dá)時(shí)DNA既是結(jié)構(gòu)材料，而且也作為“燃料”。

2001年4月，美國(guó)康奈爾大學(xué)的研究者研制出一臺(tái)生物分子納米發(fā)動(dòng)機(jī)。據(jù)稱，這臺(tái)生物分子納米發(fā)動(dòng)機(jī)僅一個(gè)病毒般大小，由有機(jī)物充當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)和鎳無(wú)機(jī)物充當(dāng)?shù)穆菪龢獌刹糠纸M成。整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)長(zhǎng)750納米，寬150納米。這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)是由ATP（三磷酸腺苷）提供能量，即生物體內(nèi)的三磷酸腺苷分子為納米馬達(dá)供電，由ATP合成酶驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。每加一次能量，納米發(fā)動(dòng)機(jī)可連續(xù)工作一小時(shí)?？茖W(xué)家高度評(píng)價(jià)此項(xiàng)科技成果，認(rèn)為生物分子納米發(fā)動(dòng)機(jī)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒋笥杏梦渲?。例如，它可以充?dāng)一個(gè)“小護(hù)士”，巡視全身；它還可以在體內(nèi)充當(dāng)一個(gè)“小藥劑師”，解釋細(xì)胞發(fā)出的化學(xué)信號(hào)，計(jì)算必要的劑量，在人體內(nèi)直接分配藥量等[7-9]。

近兩年對(duì)分子馬達(dá)研究最多的仍是美國(guó)，涉及馬達(dá)蛋白的生物物理、生物化學(xué)特性；分子馬達(dá)裝配于納米機(jī)械系統(tǒng)；利用水凝膠表層定位或集成分子馬達(dá)蛋白；通過(guò)35nm的phi29納米驅(qū)動(dòng)pRNA粒子傳遞基因治療的siRNA和ribozyme顆粒等研究；在真核細(xì)胞的直徑為25nm的封閉微管中，含驅(qū)動(dòng)蛋白的分子馬達(dá)所進(jìn)行的輸送傳遞。此外，荷蘭、瑞士等國(guó)也對(duì)兩個(gè)分子馬達(dá)合成方法，分子馬達(dá)高精度驅(qū)動(dòng)有所研究。

采用“(molecul*ornano*)andmotor*”策略在歐洲專利局網(wǎng)站檢索，將所得相關(guān)專利列表如下：

專利名公告號(hào)/公告日申請(qǐng)?zhí)?申請(qǐng)日申請(qǐng)人同族專利

一種標(biāo)有與驅(qū)動(dòng)蛋白相關(guān)的新型著絲點(diǎn)的獨(dú)立核酸分子及其使用US2005164201

2005-07-28US20040517510

2004-12-10HARVEYDIANEM(US);YANGYI(US);

采用分子馬達(dá)的單分子探測(cè)器WO2005080603

2005-09-01WO2004US42358

2004-12-17UNIVARIZONA(US);

HELIYAN(US);

旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)V1-ATPaseEP1566435

2005-08-24EP20030754061

2003-10-09JAPANSCIENCE&TECHAGENCY(JP)WO2004046350(A1)

JP2004166612(A)

間質(zhì)膠原酶分子馬達(dá)WO2005061700

2005-07-07WO2004US38236

2004-12-09UNIVWASHINGTON(US);GOLDBERGGREGORY(US);(+4)

采用F1-ATPase生物分子馬達(dá)的單分子探測(cè)器US2003215844

2003-11-20US20030365378

2003-2-11CHAPSKYLARS(US);FRASCHWAYNED(US);

標(biāo)有新型分子驅(qū)動(dòng)蛋白的基因及其對(duì)疾病的診斷方法WO02097079

2002-12-05WO2002JP05226

2002-05-29JAPANASREPRESENTEDBYTHEPR(JP);HIROKAWANOBUTAKA(JP);(+1)WO02097079(A3)

EP1390483(A3)

EP1390483(A2)

分子馬達(dá)WO0109181

2001-02-08WO2000US20925

2000-07-31USHEALTH(US);SCHNEIDERTHOMASD(US)EP1204680(A1)

CA2380611(A1)

光驅(qū)動(dòng)的分子旋轉(zhuǎn)馬達(dá)US6180940

2001-01-30US19980055745

1998-04-07UNIVLAVAL(US)

可驅(qū)動(dòng)小顆粒的納米級(jí)裝置DE19917848

2000-10-19DE199910178481999-04-15INSTMOLEKULAREBIOTECHNOLOGIE(DE)

參考文獻(xiàn)：

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2.能探測(cè)病毒的納米器件

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3.Controlofabiomolecularmotor-powerednanodevicewithanengineeredchemicalswitch

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MeetingAbstracts2004JointInternationalMeeting-206thMeetingoftheElectrochemicalSociety/2004FallMeetingoftheElectrochemicalSocietyofJapan,MA2004-022004.

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6.SynthesisoffunctionalizedmolecularmotorsSynthesisn11Jul152005.p1789-1796

7.Guidingmotor-propelledmoleculeswithnanoscaleprecisionthroughsilanizedbi-channelstructuresNanotechnologyv16n6Jun12005.p710-717