由跨纳米孔跨膜电位驱动的DNA涡轮
生物物理
2023-10-26 v2 软凝聚态物质
摘要
旋转马达在能量转换中起着关键作用，从宏观的风车到细胞中的ATP合酶等纳米级涡轮。尽管我们具备在许多尺度上构建引擎的能力，但在纳米尺度上开发功能性合成涡轮仍然具有挑战性。在此，我们通过实验展示了合理设计的具有三个手性叶片的纳米级DNA折纸涡轮。这些DNA纳米涡轮高和直径均为24-27 nm，可利用跨纳米孔的跨膜电化学势驱动DNA束进行高达10转/秒的持续单向旋转。旋转方向由涡轮的设计手性决定。全原子分子动力学模拟展示了流体动力流如何驱动该涡轮。在高盐浓度下，具有相同手性的涡轮旋转方向发生反转，这可由电泳迁移率各向异性的变化来解释。我们的人造涡轮在生理条件下自主运行，将天然丰富的电化学势能量转化为机械功。该结果开辟了在纳米尺度上工程化主动机器人的新可能。
引用
@article{arxiv.2206.06612,
title = {A DNA turbine powered by a transmembrane potential across a nanopore},
author = {Xin Shi and Anna-Katharina Pumm and Christopher Maffeo and Fabian Kohler and Elija Feigl and Wenxuan Zhao and Daniel Verschueren and Ramin Golestanian and Aleksei Aksimentiev and Hendrik Dietz and Cees Dekker},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.06612},
year = {2023}
}