近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院賀強(qiáng)、吳英杰團(tuán)隊在仿生超分子膠體馬達(dá)研究方向取得最新進(jìn)展，提出了納米尺度旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)協(xié)同驅(qū)動細(xì)胞尺度超分子膠體馬達(dá)的構(gòu)筑新方法。研究成果以《旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)驅(qū)動的超分子膠體馬達(dá)》（Rotary Biomolecular Motor-powered Supramolecular Colloidal Motor）為題發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。該研究創(chuàng)新性地以納米尺度的旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)ATP合酶作為動力部件，驅(qū)動細(xì)胞尺度的超分子膠體馬達(dá)，實現(xiàn)了仿生體系生物安全的能量轉(zhuǎn)換和自主運動能力。

　　在生物體中，細(xì)胞通過協(xié)調(diào)成百上千蛋白質(zhì)分子馬達(dá)的運動和力量，在多個尺度上執(zhí)行各種機(jī)械任務(wù)，如細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸、細(xì)胞運動和肌肉收縮等。然而，從納米級蛋白質(zhì)馬達(dá)出發(fā)設(shè)計活性仿生材料和機(jī)器，通過消耗能量來推動微米級組裝體連續(xù)運動仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。針對這一挑戰(zhàn)，該研究團(tuán)隊首次提出了一種新型的旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)協(xié)同驅(qū)動的超分子膠體馬達(dá)，以自然界最小的分子馬達(dá)——旋轉(zhuǎn)生物分子馬達(dá)ATP合酶作為動力基元，運用可控化學(xué)分子組裝構(gòu)筑了生物分子馬達(dá)協(xié)同驅(qū)動超分子膠體馬達(dá)的新體系。

　　研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，含ATP合酶馬達(dá)的色素團(tuán)囊泡在聚電解質(zhì)微膠囊表面的融合過程遵循“降落傘”機(jī)制，可實現(xiàn)ATP合酶馬達(dá)內(nèi)外取向的調(diào)控，獲得超分子膠體馬達(dá)的非對稱結(jié)構(gòu)。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)的物理分析和理論模擬，在ADP、無機(jī)磷的反應(yīng)溶液中，光照下超分子膠體馬達(dá)的表面發(fā)生不對稱的光合磷酸化反應(yīng)，驅(qū)動超分子膠體馬達(dá)運動，展示出較高的能量轉(zhuǎn)化與驅(qū)動效率。通過改變光強(qiáng)，可實現(xiàn)多個生物分子馬達(dá)協(xié)同作用并放大這些分子力與運動，調(diào)控超分子膠體馬達(dá)的運動行為，模擬生命體從分子到介觀到宏觀逐級放大做功的現(xiàn)象。

　　研究成果創(chuàng)新性地運用生物分子馬達(dá)的能量轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了對超分子膠體馬達(dá)動力單元的動態(tài)調(diào)控，印證了由生物分子機(jī)器驅(qū)動更大尺度機(jī)器的可能性，為游動納米機(jī)器人仿生設(shè)計提供了全新的思路，也為未來細(xì)胞的能量代謝主動調(diào)控實現(xiàn)疾病的精準(zhǔn)診療提供了新途徑。

　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院吳英杰副教授、賀強(qiáng)教授和國科溫州研究院巫浩副研究員為論文通訊作者。賀強(qiáng)課題組博士研究生劉君為論文第一作者，博士研究生李月和國科溫州研究院楊玲研究員參與論文研究工作。

　　本研究獲得國家自然科學(xué)基金重大項目和國家重點研發(fā)課題的支持。

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