通过一种称为DNA折纸的技术，科学家创造了迄今为止最快，最持久的DNA纳米马达。研究结果发表在了AngewandteChemie上，为如何优化纳米级的电动机设计提供了一个蓝图，而纳米级的电动机比一般的人类细胞小了数百倍。

该论文的作者，埃默里大学化学教授卡利德·萨拉伊塔（KhalidSalaita）说：“纳米级电动机在生物传感、构建合成细胞以及分子机器人方面具有巨大的潜力。DNA折纸使我们可以修改电动机的结构，并挑出控制性能的设计参数。”

这种新型的DNA电机是棒状的，并使用RNA作为能量源以高达每分钟纳米的速度连续不断地直线滚动，而无需人工干预。这比以前的DNA马达快10倍。

萨拉塔（Salaita）还是佐治亚理工学院和埃默里（Emory）联合计划的华莱士·库尔特（WalaceH.Coulter）生物医学工程系的教职员工。本文是Salaita实验室与Emory医学院副教授KeYonggangKe和WallaceH.Coulter生物医学工程系的合作。

Ke说：“我们设计的DNA电机速度很快，但要实现自然生物电机的多功能性和效率，我们还有很长的路要走。最终，目标是制造与蛋白质的复杂性和功能相匹配的人造电机，可以使负荷在细胞中移动，并使它们执行各种功能。”

用DNA制成东西，被称为DNA折纸，它利用了对DNA碱基A，G，C和T的天然亲和力相互配对。通过绕着链上字母的序列移动，研究人员可以使DNA链以产生不同形状的方式结合在一起。DNA折纸的刚度也可以轻松调整，因此它们可以像一块干意大利面条一样保持笔直，或者像煮沸的意大利面条一样弯曲和盘绕。

近几十年来，不断增长的计算能力以及DNA自组装技术在基因组学行业中的应用大大推动了DNA折纸领域的发展。DNA马达的潜在用途包括：纳米胶囊形式的药物输送装置（当到达目标位置时会打开），纳米计算机和在纳米级装配线上工作的纳米机器人。

论文的第一作者Emory博士AlisinaBazrafshan表示：“这些应用现在看来像是科幻小说，但我们的工作正在帮助它们更接近现实。”

DNA马达的最大挑战之一是，控制纳米级运动的规则与人类所见物体的规则不同。分子规模的设备必须通过不断的分子群对抗方式。这些力会导致这种微小的装置像漂在河面上的花粉粒一样随机漂移，这种现象被称为布朗运动。

液体的粘度也会对像分子这样微小的物体产生更大的影响，因此水变得更像糖蜜。

许多现有的DNA马达通过机械式的跨步运动“行走”。问题在于两足动物的内在倾向往往是不稳定的。多于两条腿的步行电动机可以获得稳定性，但是多余的腿会使它们减速。

埃默里（Emory）研究人员设计了一种可旋转的杆状DNA电机，从而解决了这些问题。电机的杆或“底盘”由16条DNA链组成，这些DNA链以四乘四叠的形式结合在一起，形成具有四个平坦侧面的梁。从杆的每个表面伸出36比特的DNA，就像小脚一样。

Salaita说：“DNA折纸使我们可以修改电动机的结构，并挑出控制其性能的设计参数。”研究人员提供了一个模型，其他人可以借鉴该模型来设计具有各种特性和功能的DNA电动机。

为了促进运动，将电机放置在RNA轨道上，RNA是一种碱基对与DNA碱基对互补的核酸。RNA拉动电机一侧的DNA脚并将其绑定到轨道。一种仅靶向与DNA结合的RNA的酶，然后迅速破坏结合的RNA。这会导致电机滚动，因为电机下一个面上的DNA脚由于对RNA的吸引力而向前拉。

滚动的DNA马达形成了一条持久的路径，因此它会沿直线运动，这与行走的DNA马达随机的运动相反。滚动运动还增加了新的DNA电动机的速度：它可以在两到三个小时内传播人类干细胞的长度。以前的DNA马达需要大约一天的时间才能覆盖相同的距离，并且大多数马达还缺乏将其保持那么远的能力。

最大的挑战之一是在纳米级上测量电动机的速度。通过在DNA马达的任一端添加荧光标签并优化荧光显微镜上的成像条件，可以解决该问题。

通过反复试验，研究人员确定刚性杆的形状对于直线运动是最佳的，并且电动机每个面上的36个脚为速度提供了最佳保证。

Bazrafshan说：“我们为DNA折纸电机提供了一个可调平台，其他研究人员可以使用该平台来设计，测试和优化电机，以进一步推动该领域的发展。我们的系统允许测试各种变量的影响，例如底盘形状和刚度以及支脚的数量和密度，以微调设计。”

Bazrafshan说：“我们希望其他研究人员根据这些发现提出其他创造性的设计。”

本研究成果所发表论文标题为《TunableDNAOrigamiMotorsTranslocateBallisticallyOverμmDistancesatnm/sSpeeds》。