生物纳米马达的研究进展及专利列举

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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： 

马达种类发动机部件能量来源运动方式

细胞肌架蛋白驱动蛋白微管蛋白 ATP 直线运动

肌球蛋白肌动蛋白 ATP 直线运动

旋转马达 F1 一ATP 酶F1 复合物 ATP 旋转运动

细菌鞭毛很多的蛋白质 H+/Na+ 旋转运动

核苷酸马达聚合酶 DNA―RNA ATP 直线运动

解旋转酶 DNA―RNA ATP 直线运动

（出处见参考文献 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研究者开发了一个 DNA 马达。据预测，DNA 马

达技术可制造比当今快 1000 倍的计算机。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。科学家高度评价此项科技成果，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 粒子传递基因治疗的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方法，分子马达高精度驱动有所研究。



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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：马达种类发动机部件能量来源运动方式细胞肌架蛋白驱动蛋白微管蛋白ATP直线运动肌球蛋白肌动...

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