分子马达：设计、机制与控制

每个动物细胞中的生物功能依赖于多种分子马达的协调运作。其中一些马达将货物运输至各自目的地，而另一些则是移动的工作坊，在轨道上移动时合成大分子。还有一些马达被设计为包装和搬运工。所有这些马达都需要输入能量来执行机械功，并在远离热力学平衡的条件下运行。这些马达的典型尺寸及其产生的力分别处于纳米和皮牛量级。它们受到周围水介质分子的随机轰击，因此遵循嘈杂的轨迹。由于惯性极小，它们在粘性细胞质空间中的运动表现出低雷诺数流体动力学的特征。本文讨论了物理学家如何通过理论建模和计算机模拟来揭示这些机器的机制，从而为工程师设计和控制人工纳米马达提供见解。