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电场驱动旋转式纳米起重机 - 比以前的方法快100,000倍图像:Enzo Kopperger / TUM慕尼黑工业大学(TUM)的科学家开发出一种新型的纳米机器人电动推进技术它允许分子机器移动十万次比目前使用的生化过程更快这使纳米机器人足够快,可以在分子工厂中进行装配线工作新的研究结果今天作为封面故事出现在着名的科学杂志“科学上下”,“上下”中它们是由固定在微小机器人手臂末端的发光分子产生的.Friedrich Simmel教授观察了纳米机器在荧光显微镜监视器上的运动简单的鼠标点击是光点移动的全部内容在另一个方向“通过施加电场,我们可以在一个平面上任意旋转手臂,”他解释道德国慕尼黑工业大学合成生物系统物理系主任的广告他的团队首次设法控制纳米机器人并同时创造了一项记录:新技术比以前的所有方法快10万倍

纳米起重机在工作:第一,没有外部电场的扩散运动,第二:在两个方向之间切换,第三:旋转信用:Enz Kopperger / TUM / Science DNA-Origami机器人用于明天的制造工厂世界各地的科学家正在研究未来纳米工厂的新技术他们希望有一天能用于分析生化样品或生产活性药剂所需的微型机器已经可以使用DNA折纸技术经济高效地生产出这些分子机器的原因之一到目前为止大规模部署的是它们太慢了构建块被酶,DNA链或光线激活然后,执行特定的任务,例如收集和运输分子然而,传统的纳米机器人需要几分钟来执行这些操作,有时甚至是几小时

因此,有效的分子装配线不能用于所有实际意图和目的,使用这些方法实现电子速度提升“建立纳米技术装配线需要不同类型的推进技术我们提出了完全放弃生物化学纳米机械转换的想法,有利于DNA结构和电场之间的相互作用,”TUM研究员Simmel解释说,他也是合作伙伴

- 卓越集群 - 纳米系统倡议慕尼黑(NIM)的协调者推进技术的原理很简单:DNA分子具有负电荷因此可以通过施加电场来移动生物分子理论上,这应该允许使用电子操纵由DNA制成的纳米机器人两个对接之间的手臂旋转点(红色和蓝色)图片:Enzo Kopperger / TUM显微镜下的机器人运动为了确定机器人手臂是否以及如何快速与电场对齐,研究人员将数百万个纳米机器人手臂固定在玻璃基板上并将其放入具有专门为此目的设计的电触点的样品架由主要作者Enzo Kopperger生产的每个微型机器包括一个400纳米的臂,连接到一个坚固的55乘55纳米的底板,带有一个由不成对的基座制成的柔性接头

这种结构确保了手臂可以在水平面上任意旋转与慕尼黑路德维希马克西米利安大学Don C Lamb教授领导的荧光专家合作,研究人员使用染料分子标记了机器人手臂的尖端他们用荧光显微镜观察了它们的运动然后他们改变了电场方向这使得研究人员可以随意改变方向关于手臂和控制运动过程“实验证明分子机器可以移动,因此也可以电动驱动,”齐美尔说道

“由于电子控制过程,我们现在可以在毫秒时间范围内启动运动,因此比以前使用的生物化学方法快10万倍“走向纳米工厂的道路新的控制技术不仅适用于染料分子和纳米粒子的移动 微型机器人的手臂也可以对分子施加力这些相互作用可以用于诊断和药物开发,强调西梅尔“纳米机器人小而且经济实惠它们可以并行工作以寻找样品中的特定物质或合成复合物分子 - 与装配线不同出版物:Enzo Kopperger等,“由电场控制的自组装纳米尺度机器人手臂”,Science 19 Jan 2018:Vol 359,Issue 6373,pp 296-301; DOI:101126 / scienceaao4284资料来源:慕尼黑工业大学Friedrich C Simmel博士

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