生物纳米马达的研究进展及专利列举

生物纳米马达，又称生物马达分子、分子马达或纳米机器，是由生物大分子构成并将化学能转化为机械能的纳米系统。天然的分子马达，如：驱动蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等，在生物体内的胞质运输、DNA复制、细胞分裂、肌肉收缩等生命活动起着重要作用。它是马达家族的革命，标志着人类由制造物理马达到制造生物马达的理想成为现实。纳米马达这种聚合物分子含有数对氮原子，氮原子两侧各有一个苯环，环与环之间的氮“桥”扭结在一起。分子的往复伸缩形变就是马达的运转。分子马达的种类和运动方式见下表：

 

（出处见1）

 

    分子马达方面的一个新进展是将DNA用于纳米机械装置制成DNA马达。2000年8月，Bell实验室和牛津大学的者开发了一个DNA马达。据预测，DNA马达技术可制造比当今快1000倍的机。在制作DNA马达时DNA既是结构材料，而且也作为“燃料”。

 

    2001年4月，美国康奈尔大学的研究者研制出一台生物分子纳米发动机。据称，这台生物分子纳米发动机仅一个病毒般大小，由有机物充当的发动机和镍无机物充当的螺旋桨两部分组成。整台发动机机长750纳米，宽150纳米。这台发动机是由ATP（三磷酸腺苷）提供能量，即生物体内的三磷酸腺苷分子为纳米马达供电，由ATP合成酶驱动发动机运转。每加一次能量，纳米发动机可连续工作一小时。家高度评价此项成果，认为生物分子纳米发动机在医学领域将大有用武之地。例如，它可以充当一个“小护士”，巡视全身；它还可以在体内充当一个“小药剂师”，解释细胞发出的化学信号，计算必要的剂量，在人体内直接分配药量等[7-9]。

 

    近两年对分子马达研究最多的仍是美国，涉及马达蛋白的生物物理、生物化学特性；分子马达装配于纳米机械系统；利用水凝胶表层定位或集成分子马达蛋白；通过35nm的phi29纳米驱动pRNA粒子传递基因的siRNA和ribozyme颗粒等研究；在真核细胞的直径为25 nm的封闭微管中，含驱动蛋白的分子马达所进行的输送传递。此外，荷兰、瑞士等国也对两个分子马达合成，分子马达高精度驱动有所研究。