新加坡國立大學的物理學家表明，單個人造分子馬達可以表現(xiàn)出類似于自然產生的力量，為人類肌肉提供動力。他們的結果發(fā)表在Nanoscale上。

分子馬達是一類具有納米級尺寸的機器，是生物體運動的重要媒介。它們利用體內的各種能源來產生機械運動。一個關鍵特性是單個電機在其自行運動期間產生的力。這種力產生能力允許分子馬達提供機械功，并且是其能量轉換效率的衡量標準，這會影響其在潛在應用中的使用。

由通常由蛋白質制成的天然分子馬達產生的力的測量是在 20 年前實現(xiàn)的。然而，對由 DNA(脫氧核糖核酸)制成的人造分子馬達的類似測量仍然是一個挑戰(zhàn)。來自新加坡國立大學物理系的王志松副教授的分子電機實驗室和閆杰教授的單分子生物物理實驗室之間的研究合作成功地檢測到了由移動的 DNA 分子電機產生的力。

對于人工馬達來說，很難檢測運動中的單個分子馬達所產生的力，因為它們很小并且主要在軟軌道上運行(例如，雙鏈 DNA)。軟軌的位置不固定，往往會盤繞成圓形。這會影響人造馬達的運動。研究小組通過設計和執(zhí)行平行的單分子實驗克服了這一困難，這些實驗將軌道保持在納米級水平，同時檢測移動分子馬達產生的微小力。使用磁性鑷子技術，他們首先在順磁珠(分離生物分子的工具)下組裝了一個人造分子馬達及其軌道。然后他們將順磁珠切換到力檢測模式(見圖)。

研究小組成功地將他們的方法應用于自主DNA分子馬達(之前由王教授實驗室開發(fā))。這種雙足分子馬達能夠自行連續(xù)“行走”，每一步之間的步幅長度約為 16 nm，最大輸出力約為 2 到 3 pN。該測得的力輸出水平接近為人類肌肉提供動力的自然發(fā)生的分子馬達，表明化學能相當有效地轉化為機械運動。

王教授說：“這項研究為開發(fā)與需要產生力的平移人工分子馬達相關的應用鋪平了道路。例子包括分子機器人和仿生人造肌肉。另外，這項工作中建立的單分子方法是適用于許多其他具有軟軌道的人造分子馬達的力測量。”

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