迄今最小流量驅動電機僅二十五納米

荷蘭代爾夫特理工大學研究人員制造出世界上最小的流量驅動電機。受荷蘭標志性風車和生物馬達蛋白的啟發，研究人員構建出一種通過DNA自我配置的流動驅動轉子，可將電能或鹽梯度的能量轉化為有用的機械功。這一成果為在納米尺度上設計主動機器人開辟了新的途徑。相關論文發表在最近的《自然·物理》雜志上。

幾千年來，旋轉電機一直是人類社會的動力源。從荷蘭及世界各地的風車和水輪，到今天代表綠色能源未來的先進的離岸風力渦輪機。這些由水流或風力驅動的旋轉馬達在生物細胞中也有突出的應用，FoF1-ATP合成酶就是一個例子，它能產生細胞運行所需的燃料。但到目前為止，要制造納米級的合成結構仍然很難。

此次制造的流量驅動電機是由DNA材料制成的。這種結構與薄膜中的納米孔（一個微小的開口）對接。在電場作用下，只有7納米粗細的DNA束自組織成轉子狀結構，隨后進入每秒10轉以上的持續旋轉運動。

7年來，研究人員一直在嘗試自下而上地綜合制造這樣的旋轉納米電機。他們使用DNA折疊技術，利用互補DNA堿基對之間的特定相互作用來構建2D和3D納米物體。通過施加電壓等方式形成離子流產生能量，使轉子旋轉。其旋轉方向由轉子的手性設定，左旋順時針旋轉；右旋則逆時針旋轉。研究人員還展示了這種“納米渦輪機”承載負荷的能力。

流量驅動DNA轉子（圖片來源：代爾夫特理工大學塞斯·德克實驗室）

研究人員表示，這一成果是一個里程碑，因為它是迄今為止首次在納米尺度上實現的流量驅動有源轉子實驗。這項工作的重要性并不僅限于這個簡單的轉子本身，它背后的技術和物理機制為制造合成納米電機開辟了一條全新途徑——流量驅動的納米渦輪機，這是一個尚未被探索的領域。

研究人員表示，他們制造出第一個納米級渦輪機，再現了美麗的荷蘭風車，但這一次它只有25納米，相當于體內一個蛋白質的大小。