自驱动迷你马达及其在超分子自组织与能量转换中的应用

随着新型智能材料的迅速发展,自驱动马达在生物医学、货物运输、环境治理、微机器人等方面的研究中受到了广泛关注.本文以驱动力的形态作为分类标准,总结了近几年自驱动马达以物理及化学形式作用力为主要驱动力,实现毫米至厘米的迷你尺度器件的快速运动的研究进展.基于超分子化学的概念,总结了自驱动迷你马达在超分子自组织方面的应用研究.基于法拉第电磁感应定律,对自驱动迷你马达驱动宏观器件运动过程中,将化学能转变为机械能,并进一步转变为电能的能量转换过程的研究进行了总结.     

旋转型单分子机器

分子机器是一种分子水平上的机器,它是一类通过外部刺激（如化学能、电能、光照等）将能量转化为可控运动的分子器件。由于人工分子机器在纳米科技领域的应用越来越普遍,已经引起人们的广泛关注。人工合成的分子机器在模拟机器运动时主要有线性运动和旋转运动两种基本运动方式,本文重点介绍了几种旋转型的单分子机器,包括分子齿轮、分子转门、分子闸和分子棘轮、分子马达等。这类分子机器的结构特点是由轴、转子和定子三部分组成,其运动特点是转子通过轴围绕定子进行双向或单向旋转。本文在介绍这类分子转子的同时,简单讨论了其设计理念和在溶液状态下所表现出的动力学行为,同时还展望了分子转子和分子马达的发展前景和面临的挑战。     

三组分环加成反应

最近 ,德国科学家报道 ,以一个光脉冲为动力 ,单个分子的收缩可以产生足够使AFM悬臂弯曲的力。这是利用单个人造分子机器把光能转化为机械能的第一例。　　人们对于偶氮苯聚合物在光照下能够在伸展的反式和收紧的顺式之间互变的现象 ,已经知之甚详。慕尼黑大学的生物物理教授H .E .Gaub和他的助手们发现 ,当这个分子变短时 ,附着在分子上的载荷会产生位移。　　分子机器可能成为一种生物基的马达 ,也可以由复合物通过自组织成为像分子推进器一类的系统 ,因而越来越受到重视。　　Gaub小组把聚偶氮苯的一端和AFM的悬臂以共价方式结合 ,另…     

分子马达的研究进展

本文对国内外分子马达的研究现状进行综述。并以生物中的关键酶ATP水解酶类(F0 F1 ATPase)为例 ,对其运动特点进行较详尽的描述 ,它是一类做圆周运动的旋转马达。同时还讨论了一些做直线运动的分子马达 ,如肌球蛋白 ,驱动蛋白等。并对分子马达的运动机理提出一些相应的观点 ,对分子马达的应用进行了展望     

化学反应驱动的自热泳纳米马达

<正>自驱动生物马达广泛存在于生物体中,利用化学能量自驱动克服布朗运动的阻力,进而高效精确地行使特定的生物功能~1。受自驱动生物马达的启发,激起了关于人工自驱动纳米马达的研究热潮。人工合成自驱动纳米马达在特定的刺激(光、热、化学刺激等)作用下,可实现速率及方向     

分子马达五配位磷化学结构分析

分子马达运动的“动因”是研究分子马达的关键问题．目前无论是线性分子马达还是旋转分子马达的研究,由分子马达构象变化引起整个分子马达运动的理论得到普遍认可．分子马达与高能物质(特别是含磷物质)发生构象变化,例如ATP与分子马达部件上氨基酸的弱结合(Weak binding)、强结合(Binding)及释放(Release)等引起的构象变化,往往被用来解释分子马达运动的原因．其化学机理国际     

ATP合酶中α亚基推动γ亚基旋转的可能机制

F1F0-ATP合酶是一种分子马达,它能够利用跨膜的质子浓度梯度推动γ亚基旋转,进而在α/β亚基界面上催化合成ATP,也能够利用ATP水解推动γ亚基旋转,将ATP中蕴藏的化学能转变成为机械能.ATP水解发生在α/β亚基界面上.但是在ATP水解过程中,高能磷酸键断裂释放的能量如何传递给γ亚基,使之旋转?什么原因导致了α/β亚基产生相对运动?本文提出的假说认为:ATP在与α/β界面上的关键氨基酸αArg376、βArg182的相互作用过程中,使Arg的结构由原来的卷曲型转变为伸展型,从而引发催化活性区域的空间构象发生变化,进而推动α/β亚基的相对运动.α/β亚基之间的相对运动传递给γ亚基并使之旋转.     

有关化学电源应用和发展的若干问题

虽然原子能的应用近年来有了重大发展,但迄今人类各种活动中耗用的能量仍主要来自化学能。化学能可以直接转变为机械能(目前尚无高效、大功率实用装置),更多地则是采用热机来实现这种转变。除此之外,更大量的化学能是用来“发电”或通过电能这一中间形式再进一步加以利用。因此“化学能→电能”转换具有极重要的意义。     

高分子链通过机械化学反应的信息、能量协同激发实现化学能直接转换为机械能研究的新进展

机械化学反应是指将化学能与机械能直接相互转换的过程。由于机械化学反应可将化学能和机械能直接相互转换,并且有无污染、无噪音、无废物排放和能量转换高等特点,因而正日趋受到世界各国,尤其是发达国家的关注。信息文明的时代一定会有与之相应的物质和能量与信息状态的转换相伴,掌握信息和使用信息是这个时代发展的必然要求。为此,作者通过对高分子物质激发态的分析,从物质、能量和信息三者协同的角度对机械化学反应的原理进行了探讨,并试图用孤子激发来阐明化学能和机械能相互直接转换的原因。随着高分子合成技术的不断发展,我们有可能通过用机械化学反应的手段来为信息文明的时代找到并提供一种新的能源和能量转换方式,并且有可能会导致新的产业革命。     

胶体马达

胶体马达亦称微纳米马达、微纳米泳体或游动纳米机器人,是研究复杂系统的绝佳非平衡态物理模型,同时因其具有额外的自推进力、自主导航等独特优势,有望为靶向药物递送等生物医学应用带来颠覆性变革.作为一个新兴的多学科交叉领域,胶体马达拓展了胶体与界面化学的研究范畴,带来了新的现象、理论与应用,是以胶体科学为核心的国际前沿交叉学科研究的热点领域.本文系统地阐述了胶体马达以及基于胶体马达的超分子胶体马达和游动纳米机器人的新概念,同时以本课题组在胶体马达领域取得的研究成果为例,详细综述了胶体马达的结构设计与可控制备、驱动机理及运动行为的界面调控策略、集群行为规律与重构方法以及突破各种生物屏障实现药物主动靶向递送等方面的最新进展,在此基础上展望了胶体马达对于胶体科学发展所带来的新机遇与新挑战.