专栏名称: 生物材料前沿

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最新顶刊Nature：人工分子马达！

生物材料前沿 · 公众号 · · 2025-01-20 21:26

正文

「Abstract」

细胞表现出一系列由催化驱动的运动蛋白产生的机械活动。这就提出了一个基本问题：化学反应的加速如何使该反应释放的能量能够被分子催化剂转换（从而完成工作）。在这里，作者展示了化学能到机械力的分子水平转换，其形式是由人工催化驱动的分子马达的定向旋转驱动的交联聚合物凝胶的动力收缩和动力再膨胀。转子围绕结合在凝胶聚合物框架中的催化驱动马达分子的定子连续 360° 旋转，使交联网络的聚合物链相互缠绕。这会逐渐增加扭动并收紧缠结，导致凝胶宏观收缩至其原始体积的约 70%。随后添加相反的对映异构体燃料系统，为马达分子反向旋转提供动力，解开缠结并导致凝胶重新膨胀。在新方向上继续对线进行强力扭转会导致凝胶重新收缩。除了驱动之外，凝胶中的马达分子旋转还会产生其他化学和物理结果，包括杨氏模量和储能模量的变化——后者与马达旋转引起的链交叉的增加成正比。合成有机催化剂对抗负载的实验演示及其能量转换机制，为围绕生物发动机产生力的机制的争论和人工分子纳米技术的设计原理提供了信息。

「Figures」