新加坡国立大学
图中显示了用于单个分子马达的力检测的磁性镊子设置(左)和两个记录的轨迹，显示了马达的快速步进运动(右，对抗1
5 pN)
右边的顶部和底部面板显示了记录的分子马达的单个步进事件，运动速度波动是单分子实验的典型特征
在顺磁珠下，由许多短的单链DNA分子组装成一个具有长轨迹的两足纳米马达
这种马达通过消耗短的单链DNA作为燃料，在蛋白酶的帮助下自主运动
分子马达的运动与施加在珠子上的反向力相反，允许测量马达的抗负载运动和力输出
信用:纳米尺度(2021)
多伊:10
1039/D1NR02296B 新加坡国立大学的物理学家已经证明，单个人造分子马达可以表现出类似于自然产生的驱动人类肌肉的力量
他们的结果发表在纳米尺度上
分子马达是一类具有纳米尺度的机器，是活生物体运动的基本媒介
它们利用身体内的各种能源来产生机械运动
一个关键特征是单个马达在其自推进运动期间产生的力
这种力产生能力允许分子马达传递机械功，并且是其能量转换效率的量度，这影响其在潜在应用中的使用
对自然发生的分子马达(通常由蛋白质制成)产生的力的测量是在20年前实现的
然而，对由DNA(脱氧核糖核酸)制成的人造分子马达进行类似的测量仍然是一个挑战
新加坡国立大学物理系的王副教授的分子马达实验室和教授的单分子生物物理实验室合作研究，成功探测到DNA分子马达运动时产生的力
对于人造马达来说，很难检测单个分子马达在运动中产生的力，因为它们很小，并且大多数在软轨道上运行(例如
g
双链DNA)
软轨道位置不固定，往往会盘绕成圆形
这影响了人造马达的运动
研究小组通过设计和执行平行的单分子实验克服了这一困难，这些实验在纳米尺度水平上保持轨道不动，同时还检测移动的分子马达产生的微小力
利用磁镊技术，他们首先在顺磁珠(分离生物分子的工具)下组装了一个人造分子马达及其轨道
然后，他们将顺磁珠切换到力检测模式(见图)
研究小组成功地将他们的方法应用于自主DNA分子马达(之前由Prof
王的实验室)
这种双足分子马达能够自己连续“行走”，每步之间的步幅长度约为16 nm，提供约2至3 pN的最大力输出
这种测得的力输出水平接近为人类肌肉提供动力的自然发生的分子马达，表明化学能相当有效地转化为机械运动
教授
王说:“这项研究为需要产生力的平移式人工分子马达的应用开发铺平了道路
例子包括分子机器人和仿生人工肌肉
另外，本文建立的单分子方法也适用于许多其它软轨道人工分子马达的力测量
"
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