哈工大全媒體（吳英杰 文/圖）近日，醫學(xué)與健康學(xué)院賀強、吳英杰團隊在仿生超分子膠體馬達研究方向取得最新進(jìn)展，提出了納米尺度旋轉生物分子馬達協(xié)同驅動(dòng)細胞尺度超分子膠體馬達的構筑新方法。研究成果以《旋轉生物分子馬達驅動(dòng)的超分子膠體馬達》（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生物分子馬達ATP合酶作為動(dòng)力部件，驅動(dòng)細胞尺度的超分子膠體馬達，實(shí)現了仿生體系生物安全的能量轉換和自主運動(dòng)能力。

在生物體中，細胞通過(guò)協(xié)調成百上千蛋白質(zhì)分子馬達的運動(dòng)和力量，在多個(gè)尺度上執行各種機械任務(wù)，如細胞內物質(zhì)運輸、細胞運動(dòng)和肌肉收縮等。然而，從納米級蛋白質(zhì)馬達出發(fā)設計活性仿生材料和機器，通過(guò)消耗能量來(lái)推動(dòng)微米級組裝體連續運動(dòng)仍然面臨巨大挑戰。針對這一挑戰，該研究團隊首次提出了一種新型的旋轉生物分子馬達協(xié)同驅動(dòng)的超分子膠體馬達，以自然界最小的分子馬達——旋轉生物分子馬達ATP合酶作為動(dòng)力基元，運用可控化學(xué)分子組裝構筑了生物分子馬達協(xié)同驅動(dòng)超分子膠體馬達的新體系。

研究團隊發(fā)現，含ATP合酶馬達的色素團囊泡在聚電解質(zhì)微膠囊表面的融合過(guò)程遵循“降落傘”機制，可實(shí)現ATP合酶馬達內外取向的調控，獲得超分子膠體馬達的非對稱(chēng)結構。結合實(shí)驗數據的物理分析和理論模擬，在A(yíng)DP、無(wú)機磷的反應溶液中，光照下超分子膠體馬達的表面發(fā)生不對稱(chēng)的光合磷酸化反應，驅動(dòng)超分子膠體馬達運動(dòng)，展示出較高的能量轉化與驅動(dòng)效率。通過(guò)改變光強，可實(shí)現多個(gè)生物分子馬達協(xié)同作用并放大這些分子力與運動(dòng)，調控超分子膠體馬達的運動(dòng)行為，模擬生命體從分子到介觀(guān)到宏觀(guān)逐級放大做功的現象。

研究成果創(chuàng )新性地運用生物分子馬達的能量轉化，實(shí)現了對超分子膠體馬達動(dòng)力單元的動(dòng)態(tài)調控，印證了由生物分子機器驅動(dòng)更大尺度機器的可能性，為游動(dòng)納米機器人仿生設計提供了全新的思路，也為未來(lái)細胞的能量代謝主動(dòng)調控實(shí)現疾病的精準診療提供了新途徑。

我校醫學(xué)與健康學(xué)院吳英杰副教授、賀強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(diǎn)研發(fā)課題的支持。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg3015

納米尺度旋轉生物分子馬達協(xié)同驅動(dòng)細胞尺度超分子膠體馬達運動(dòng)的仿生設計與表征