分子机

万一我们生活在由分子机运行的世界中,太小看不见,但会影响日常生活的各个方面呢?从一种意义上讲,我们已经做到:生物用它绝对万事大全 — — 从从太阳采集能量到我们所见方式,蛋白质最复杂批量科学家开始调用机器 因为他们像人类设计的那样 产生机械运动响应输入 允许他们执行任务生物完善机器数十亿年进化 化学家热切模仿这些结构

80年代后期 研究者开始搭建分子组件 内插机分解最受欢迎的是转轴-哑铃形分子环绕中心,可自由滑动轴向下滑动,但太小,两端都无法脱机Fraser Stoddart大卫列伊曼彻斯特大学英国分校`他有视觉感知这些架构 给了你大振控运动的可能性 并有可能成为分子机基础

十多年前 美队由弗雷泽斯托达特北西大学伊利诺斯州分校显示 可使用转轴弯曲金^一号变异化学控制大型循环位置,沿两个站线往返:中性状态中宏周期对四维值单元关系密切,但在氧化时它被击退后更安心地坐在环乙烷站上。二次转轴并发时 环状图4.2或1.4nm大型循环锁定金面后,该组能模仿肌肉缩伸并用这些开关弯曲微量金束

重构轮子

斯托达特研究显示分子机可影响比自身大多级对象,但从开关以外看,科学家自此转向设计复杂运动系统

纳米车-四轮驱动铜面-在2011年发布新闻²本费林加和荷兰格罗宁根大学同事设计电机单向旋转电子振荡他们的分子导致光化分解碳-碳双联结,螺旋反转快速并发两轮几何变化显示电机轮转360度替代四轮电机,当所有电机都向同一方向旋转时,分子向直线向前推动

分子世界的整个运动机制与宏图世界完全不同, 人称纳米汽车与汽车物理无关迪安阿斯图米安美国缅因大学并看到像熊的星座:我们不认为熊生物能帮助理解星座中恒星相对移动方式'不论比较有问题,毫无疑问实现这种分子方向性并非平均功绩, 特别是考虑到分子常时随机移动

也值得考虑的是 随机运动允许分子机运行以热噪声无法提供驱动定向运动的能量 阿斯图米安解释可使用噪声运行电机, 即使提供能量,没有噪声根本无法工作不热噪声斯托达特大循环开关不管变换状态都保持原位,整个系统将变得无用利用Brownian运动并捕捉它实现期望运动因此在设计分子机时是关键

滑动分子轨迹

并应用这些概念制作我们自己的分子机, 利格解释说 : “ 与其试图从大世界向小世界缩小工程概念规模, 倒不如尝试学习生物如何用如此长尺度处理工程机 并应用这些概念制作我们自己的分子机, 利格解释透过生物机器目录启发, 利队设计双脚线性电机并让它沿轨迹行进³模拟线性电动机蛋白向内细胞轨迹移动执行任务

行尸混合酸基化学和光化分解重力在分子世界可忽略不计 单脚必须锁住 以免分子飞离轨迹单脚绑定后 另一脚必须能向前站 化学必须变换后锁住第二脚团队使用脱硫联结双脚和分水带联结双脚,这样一盘运动锁定酸而二盘易散,反之亦然振荡系统pH并允许分子上下行轨迹取步者向任何特定方向都略为诡异, 图片化工从中插进-由内置平台组成轨迹并诱导电机环状并诱导它向一向向向向向向向向向向向向向向向向向向向移动

并想沿轨向特定部件传递分子并沿轨连接集成点并搭建分子,假设你拥有分支轨迹以便选择分子去向-左轨迹取一氨基酸,右轨迹取一氨基酸引入动态和空间处理不同事物的可能性 将非常有用 分子级,

最近团队采取了步骤 实现正搭建机器人臂取小分子转转轴向外释放2nm⁴同行人使用相同的动态化学作用,分解联带或卸载货品,并连接水合带安全平台使用纳米机器人操纵分子可点燃合成工厂式装配线的起始点,从一个臂向另一个臂向下传递分子以构建大结构,类似于酶如何构造脂肪酸

泵起来

斯托达特也是自然纳米机的粉丝,他从载体蛋白中启发最近的一些作品。取细菌dosin例子跨细胞膜泵质子以对抗富集度梯度,一旦细胞内质子转换成化学能,将adenosine二叉酸酯转换为adenosine三磷酸Stoddart表示:「这些电机远离平衡,并发展均衡动态-即所有事物都实现均衡并结束-但生活整个基础实际上正在远离平衡,以强力推送系统上坡工作

团队设计转轴电机,可泵大型环状线对聚度梯度⁵开发系统潜在能能,原则上可转换成周围环境实用工作分子级耗能通常通过热松散,在高能状态中存在的人工机例极少见。

泵使用redox化学刺激并使用类似于Leigh行人机制操作,但这次静电交互作用是迫使宏循环单向的关键线程可划分为两个主要部分-Viologen单元和集合链,前者大循环在系统消减时形成稳定基复合物,后者大循环在系统氧化和四环从Viologen泵反射时积聚正充电 viologen单元和相邻yridi

Stoddart表示:「我们的目标是把多环嵌入聚合链中,快速聚合物会来填满裂缝, 估计因为环圈滑动聚合物链我们希望聚合化学 进入一个新的领域 潜在应用

结巴

斯托达特并非唯一怀有这个目标Nicolas Giuseppone斯特拉斯堡大学法国分校及其同事也利用聚合物制作高能素团队将旋转电机嵌入嵌入聚合物网络,并激活这些电机导致聚合物链机械旋转⁶Giuseppone解释:「这些电机由费林加开发,聚合物聚合物在每个电机上引起局部收缩,并在整个材料中放大,导致凝胶整体缩水分子机集体纳米规模运动首次能够产生厘米尺度的机械工作光能消耗作为弹性能存储到材料中 团队正在研究解压缩圈法

起步学习曲线

由分子世界, 通过纳米学和中观学到宏科学 肯定是一个大开发领域 Stoddart评论第一件事是把分子机置入定序环境,然后整个过程用聚合体,使机器复用复用。'虽然朱塞波内马达当然重复聚合体内,但它们不是二维或三维定序,即分子开关或电机破解计算世界的要求

面向目标团队斯蒂芬·洛布温莎大学加拿大分校搭建金属机框架,将转轴嵌入链路内,使穿梭机完全复用三维阵列⁷我们已展示基本翻译动作下一步是用某种刺激控制运动,`我认为我们离此相当近-难点部分是学习组织这些东西,这样它们至少可以在固态中移动-控制运动的路径图已经从解析化学中产生

Stoddart和Giuseppone等科学家确信人工机器会发现宏图工作作用作用,而其他人则不那么作用作用作用作用。Astumian表示:「我的观点一直比较有趣地用分子任务挑战分子机利格和同事分享感想 造出一种树皮仿真 并预定序列 并可以说是周游最精密分子机⁸设计转轴覆盖不同部分 需要协同完成线状积存数种氨基酸并带催化臂的宏循环滑动轴直到路径被氨基酸阻塞Thiolat群手接上氨基酸并交到延展点上侧四肢宏循环继续前进直到下一氨基酸实现, 并发生相同事件, 直至无左环从另一端下降数万亿机即时工作 并排出数万毫克百草枯 由单序组成

问题很简单取比分子无穷无穷 开点玩笑-我们所能做的就是搭建几块浸泡链路,still,riposome约一百万原子和我们的数以百计模拟绝对巨大的合成系统 并感动于概念性

分子机器在过去10年中飞跃并跨界, 但仍然不清楚它们最终会有什么用斯托达德并不太担心未来:化学基础科学需要空间开发基础知识将是一个缓慢过程 并可能需要数十年开发田 应用到今日技术的阶段

利确信字段需要杀手应用即刻发现分子机器能做的东西 无法用其他方法完成后 不可否认它们会成为一种实用技术生物学从进化中发现分子机是解决问题的最佳方法我确信这对人类也是真实的

Victoria Richards科学写作基础英国剑桥