西蒙·弗雷泽大学黛安·玛尔·尼科尔著 西蒙·弗雷泽大学物理学研究生史蒂文·拉奇(左)和大卫·西瓦克教授模拟了一个DNA发夹的折叠和展开状态
信用:SFU 我们每个人的体内都有数万亿个微小的分子纳米机器，它们执行各种各样的任务来维持我们的生命
在一项开创性的研究中，由SFU物理学教授大卫·西瓦克领导的团队首次展示了一种操纵这些机器以最大限度地提高效率和节约能源的策略
这一突破可能会在多个领域产生影响，包括制造更高效的计算机芯片和太阳能电池
纳米机器很小，非常小——事实上只有几十亿分之一米宽
它们速度快，能够完成复杂的任务:从在细胞周围移动材料，构建和分解分子，处理和表达遗传信息
西瓦克说，这些机器可以执行这些任务，同时消耗非常少的能量，因此一个预测能量效率的理论帮助我们理解这些微型机器是如何工作的，以及它们发生故障时会出现什么问题
在实验室里，西瓦克的实验合作者操纵了一个脱氧核糖核酸发夹，它的折叠和展开模拟了更复杂的分子机器的机械运动
正如西瓦克的理论所预测的那样，他们发现，如果在发夹弯折叠时快速拉动，而在发夹弯即将展开时缓慢拉动，效率最高，能量损失最小
史蒂文·拉奇是SFU大学物理学研究生，也是这篇论文的第一作者之一，他解释说，脱氧核糖核酸发夹(和纳米机器)非常小而且松软，经常会被周围的分子猛烈碰撞
“让推挤为你打开发夹是一种能量和时间的节省，”Large说
西瓦克认为下一步是应用这一理论来学习如何在分子机器的运行周期中驱动它，同时减少驱动所需的能量
那么，让纳米机器更高效有什么好处呢？西瓦克说，潜在的应用可能会改变许多领域的游戏规则
“用途可能包括设计更高效的计算机芯片和计算机内存(减少电力需求和它们释放的热量)，为人工光合作用(增加从太阳获取的能量)等过程制造更好的可再生能源材料，以及提高生物分子机器在生物技术应用(如药物输送)中的自主性
" 这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上
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