北海道大学 在机械刺激下改变运动模式的群集分子机器的概念图
学分:北海道大学 大约一亿个分子机器的群集行为可以通过施加简单的机械刺激如伸展和收缩来控制
这种方法可能导致新的群集分子机器和小型节能装置的发展
运动中的群集分子沿一个方向排列，呈之字形，或形成一个响应变化的机械刺激的漩涡
根据北海道大学科学家领导的一项研究，它们甚至可以在中断后自我修复移动模式
近年来，许多科学家努力使宏观世界中的机器小型化
2016年诺贝尔化学奖得主因在分子机器和纳米机器的设计与合成方面的杰出研究而获奖
在以前的研究中，由北海道大学副教授Akira Kakugo领导的研究小组开发了由称为kine sins和微管的运动蛋白组成的分子机器，这些分子机器表现出各种群集行为
“群集是现代机器人学的一个关键概念
阿基拉·卡库戈说:“它赋予分子机器新的特性，如坚固性和灵活性，这是单个机器所不能具备的。”
“然而，建立一种控制群集行为的方法是一个挑战
" 分子机器包括微管和驱动蛋白
微管在附着在硅弹性体表面的驱动蛋白上运行
信用:景岛乐一号
等等
，ACS Nano
2019年10月4日 在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的研究中，研究小组使用了相同的系统，包括运动蛋白驱动蛋白和微管，两者都是生物工程的
驱动蛋白固定在弹性体基质表面，微管在驱动蛋白上自推进，由三磷酸腺苷水解提供动力
“因为我们知道施加机械应力在活性物质的图案形成中起着关键作用，所以我们研究了弹性体基底的变形如何影响分子机器的群集图案，”Akira Kakugo说
当没有施加应力时，微管形成波形(左)
当弹性体基底膨胀和收缩时，它们变成对齐的图案(中间)或之字形图案(右侧)
信用:景岛乐一号
等等
，ACS Nano
2019年10月4日 通过伸展和收缩弹性体基底，对在基底表面上运行的大约1亿个微管施加机械刺激
研究人员首先发现，没有施加压力时，微管会形成波形
当基底膨胀和收缩1时
3倍或更多倍时，几乎所有的1亿个微管都垂直于膨胀和收缩轴排列，当基质膨胀和收缩1
3次或更少的重复，它创建了对角线方向的锯齿形图案
他们的计算机模拟表明，微管的取向角对应于实现平滑运动而不弯曲的方向，这被微管的集体迁移进一步放大
在基底上的径向应变下形成了一个大的涡流
信用:景岛乐一号
等等
，ACS Nano
2019年10月4日 另一个重要的发现是，微管的运动模式可以通过施加新的机械刺激来调节，并且即使微管的排列因刮擦其一部分而受到干扰，微管也可以自我修复
阿基拉·卡库戈评论道:“我们的发现可能有助于开发新的分子机器，这些机器可以进行集体运动，也可能有助于推进节能小型设备的技术。”
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