研究人员打造DNA折叠涡轮 直径仅为25纳米

研究人员打造DNA折叠涡轮直径仅为25纳米研究人员开发出一种DNA折叠纳米涡轮，它具有根据离子浓度改变旋转方向的独特能力。这一进展为未来在细胞水平上的药物输送提供了潜力，并强调了利用盐梯度能量的前景。图片来源：CeesDekker实验室/SciXel从风车到飞机，流动驱动的涡轮机是塑造我们社会的许多革命性机器的核心。甚至生命本身的基本过程也严重依赖涡轮机，例如为生物细胞产生燃料的FoF1-ATP合酶和推动细菌的细菌鞭毛马达。这种纳米涡轮机有一个直径为25纳米的转子，由DNA材料制成，叶片按右手或左手方向配置，以控制旋转方向。为了运转，这种结构要停靠在强大的水流中，水流受电场或盐浓度差的控制，从薄膜上的纳米孔（一个微小的开口）流出。我们用涡轮机驱动一根刚性杆，每秒可转10圈。DNA折叠纳米涡轮的旋转受离子浓度的影响，为先进的药物输送和利用盐梯度获取能量铺平了道路。图片来源：CeesDekker实验室/SciXel这项研究最引人入胜的发现之一是DNA折纸纳米涡轮旋转的独特性。它的行为受离子浓度的影响，根据溶液中Na+离子的浓度，同一个涡轮可以顺时针或逆时针旋转。这一纳米级领域独有的独特功能是离子、水和DNA之间错综复杂的相互作用的结果。这些发现得到了伊利诺伊大学AlekseiAksimentiev小组大量分子动力学模拟和哥廷根大学MPI研究所RaminGolestanian理论建模的严格支持，有望拓展纳米技术的视野，并提供大量应用。例如，未来我们也许可以利用DNA折纸制作纳米机器，将药物输送到人体内的特定类型细胞中。这项研究的负责人塞斯-德克尔（CeesDekker）介绍了他们的研究方法："我们与慕尼黑工业大学亨德里克-迪茨（HendrikDietz）实验室的合作者一起，利用以前在DNA旋转电机方面的研究成果，创造出了一种可以完全控制其设计和运行的涡轮机。DNA折纸技术利用互补DNA碱基对之间的特殊相互作用来构建动态三维纳米物体。这种设计可以通过叶片的手感控制涡轮在纳米孔中的旋转方向，并可将涡轮直接集成到其他纳米机器上。"这项研究成果是继去年推出DNA有源纳米转子之后的又一成果，DNA有源纳米转子是一种能够将电能或盐梯度转化为实际机械功的自配置装置。更多信息用DNA构建纳米级转子。研究人员已经揭示了利用纳米孔中的水和盐推动纳米级转子的基本原理。在合理设计的推动下，今年的突破标志着其工作进入了下一个阶段，为未来的仿生跨膜机器奠定了基础，并有可能利用盐梯度的能量，这是生物马达能够使用的重要能源。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393237.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393237.htm

研究人员发明单分子阀门 实现纳米通道中的单分子流动

研究人员发明单分子阀门实现纳米通道中的单分子流动为了克服这一障碍，能够通过非常狭窄的通道（尺寸类似于百万分之一根吸管）输送分子的"纳米流体装置"，作为直接控制溶液中单个分子的一种手段，已经引起了人们的兴趣。由大阪都立大学工程研究生院的YanXu副教授领导的一个联合研究小组已经成功地通过施加外部压力打开和关闭纳米流体装置中的一个纳米阀来调节溶液中单个分子的流动。单分子阀的工作原理示意图，Cy3在纳米通道中的单分子流动研究小组制造了一个纳米流体装置，其顶部是一块薄薄的柔性玻璃板，底部是一块带有小结构的硬质玻璃板，以此形成纳米通道和纳米阀座。通过向柔性玻璃片施加外部压力来打开和关闭阀门，他们成功地直接操纵和控制了溶液中单个分子的流动。他们还发现，当他们将单个荧光分子困在阀门内部的纳米空间时，单个分子的荧光变得更加明亮。这是因为狭小的空间使单分子难以随机移动。Xu教授说，"这种荧光信号放大的效果可以帮助检测极少量的病原体，用于癌症和帕金森病等疾病的早期诊断，而不需要昂贵的设备。"这项研究的结果可能是朝着使用单分子作为溶液中的构件自由组装材料迈出的重要一步。这项技术有可能在各个领域发挥作用，例如开发治疗罕见疾病的个性化药物和创造更好的显示器和电池，应用前景广泛。"我们一直在通过提出和推广'单分子调控化学（SMRC）'的概念来应对各种挑战，在这个概念中，分子被视为构件，溶液中的化学和生物化学反应的所有过程都在单分子基础上进行。Xu教授说："单分子阀门标志着向这一目标迈出了第一步，有朝一日，它可以彻底改变化学、生物学和材料科学，并改变各种行业。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358525.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358525.htm

研究人员利用3D纳米技术培育眼部细胞 有望治疗失明

研究人员利用3D纳米技术培育眼部细胞有望治疗失明老年黄斑变性分为"干性"和"湿性"两种。干性黄斑变性是指黄斑中的RPE细胞发生坏死，随着时间的推移导致视力下降。这是最常见的类型，主要影响老年人。在较罕见的湿性黄斑部退化症中，黄斑内异常的血管生长会导致液体和血液渗漏，损害视网膜并破坏RPE细胞，从而导致视力急剧下降。英国安格利亚鲁斯金大学（AngliaRuskinUniversity）的研究人员开展了一项新研究，探讨是否有可能用纳米技术培育出的新鲜RPE细胞替代受损的RPE细胞。为此，他们采用了电纺丝技术，即通过电场牵引聚合物流体，将液体分解成超细微纤维，从而制造出三维纳米纤维支架。据研究人员所知，这是首次利用电纺丝技术制造支架，并在其上生长RPE细胞。支架是用聚丙烯腈（PAN）和杰发明这两种聚合物的组合制成的，选择这两种聚合物是因为它们具有高机械强度和与水混合的能力。支架经过氟西诺龙醋酰胺处理，这是一种常见的外用类固醇药物，用于减轻皮肤病引起的炎症。研究人员在这里使用它是为了降低支架引起炎症反应的可能性。研究人员发现，他们的抗炎涂层支架增强了RPE细胞的生长、分化和功能。他们培育出的细胞在长达150天的时间里仍能保持健康和活力。该研究的通讯作者芭芭拉-皮尔斯西奥内克（BarbaraPierscionek）说："过去，科学家会在一个平面上培育细胞，这与生物学无关。利用这些新技术，细胞系已被证明能在支架提供的三维环境中茁壮成长"。研究人员说，他们的新技术为治疗像老年性视网膜病变这样的视力疾病提供了一种很有前景的方法。他们目前正在研究如何将这些新培育的细胞移植到人眼中。这项研究发表在《材料与设计》（Materials&Design）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1374055.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1374055.htm

研究人员实现用飞秒激光进行石墨烯纳米加工

研究人员实现用飞秒激光进行石墨烯纳米加工石墨烯于2004年被发现，它已经彻底改变了各种科学领域。它拥有高电子迁移率、机械强度和热导率等显著特性。人们投入了大量的时间和精力来探索它作为下一代半导体材料的潜力，催生了基于石墨烯的晶体管、透明电极和传感器等一系列有用部件。但是，为了使这些设备进入实际应用，关键是要有高效的加工技术，可以在微米和纳米尺度上构造石墨烯薄膜。通常，微/纳米尺度的材料加工和设备制造采用纳米光刻技术和聚焦离子束方法。然而，由于需要大规模的设备、冗长的制造时间和复杂的操作，这些都给实验室研究人员带来了长期的挑战。早在一月份，东北大学的研究人员创造了一种技术，可以对厚度为5至50纳米的氮化硅薄片进行微/纳米制造。该方法采用了飞秒激光，它发射出极短的快速光脉冲。事实证明，它能够在没有真空环境的情况下快速、方便地加工薄型材料。(a)激光加工系统的示意图。(b)石墨烯薄膜上32个激光点的形成。(c)经过多点钻孔的石墨烯薄膜的图像。通过将这种方法应用于石墨烯的超薄原子层，同一小组现在已经成功地进行了多点钻孔而不损坏石墨烯薄膜。他们的突破性细节于2023年5月16日在《纳米通讯》杂志上报道。东北大学先进材料多学科研究所的助理教授、该论文的共同作者YuukiUesugi说："通过对输入能量和激光射击次数的适当控制，我们能够执行精确的加工并创造出直径从70纳米--远小于520纳米的激光波长--到超过1毫米的孔。"通过扫描透射电子显微镜观察到的激光加工的石墨烯薄膜的图像。黑色区域表示打孔。白色物体表示表面污染物。资料来源：YuukiUesugi等人。在通过高性能电子显微镜仔细检查用低能量激光脉冲照射的区域时，上杉和他的同事发现，石墨烯上的污染物也已被清除。进一步的放大观察发现了直径小于10纳米的纳米孔和原子级缺陷，在石墨烯的晶体结构中缺少几个碳原子。石墨烯中的原子缺陷既是有害的也是有利的，这取决于应用。虽然缺陷有时会降低某些特性，但它们也会引入新的功能或增强特定的特性。通过高倍率透射电子显微镜获得的图像。红色区域表示纳米孔。蓝色区域表示污染物。箭头所指的位置存在原子缺陷。"观察到纳米孔和缺陷的密度随着激光射击的能量和数量成比例增加的趋势，使我们得出结论，纳米孔和缺陷的形成可以通过使用飞秒激光照射来操纵，"Uesugi补充说。"通过在石墨烯中形成纳米孔和原子级缺陷，不仅可以控制导电性，还可以控制量子级特性，如自旋和谷值。此外，这项研究中发现的通过飞秒激光照射去除污染物的方法可以开发出一种非破坏性和清洁地清洗高纯度石墨烯的新方法。"展望未来，该团队旨在建立一种使用激光的清洗技术，并对如何进行原子缺陷的形成进行详细调查。进一步的突破将对从量子材料研究到生物传感器开发等领域产生巨大影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363301.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363301.htm

突破性研究展示了通过纳米孔进行冷却的方法

突破性研究展示了通过纳米孔进行冷却的方法描述通过电荷选择性离子传输进行纳米孔冷却的示意图。资料来源：2023Tsutsui等人，《用于纳米流体设备热管理的珀尔帖冷却》，《设备》日本研究人员的一项突破性研究展示了通过纳米孔进行冷却的方法，彻底改变了微流控系统的温度控制，并加深了人们对细胞离子通道的了解。在最近发表于《设备》（Device）上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）研究人员领导的研究小组表明，利用纳米孔--膜上的一个非常小的孔--作为只允许特定离子通过的通道，可以实现冷却。一般来说，用电驱动溶液中的离子会使带正电荷的离子和带负电荷的离子向相反的方向移动。因此，离子携带的热能是双向流动的。如果离子的路径被一层只有一个纳米孔的膜阻挡，那么就有可能控制离子的流动。例如，如果孔表面带负电荷，那么负离子就会与之相互作用而不是通过，只有正离子才会流动，并带走它们的能量。研究报告的第一作者MakusuTsutsui解释说："在离子浓度较高的情况下，我们测量到温度随着电能的增加而升高。然而，在低浓度时，可用的负离子会与带负电的纳米孔壁相互作用。因此，只有带正电荷的离子通过纳米孔，温度也随之降低"。所展示的离子制冷可用于微流控系统的冷却，该系统用于移动、混合或研究极小体积的液体。这种系统在从微电子学到纳米医学的许多学科中都非常重要。此外，这些发现还有助于进一步了解离子通道，因为离子通道在细胞的精细平衡机制中发挥着至关重要的作用。这种洞察力可能是了解功能和疾病以及设计治疗方法的关键。研究的资深作者TomojiKawai说："我们对研究结果的潜在影响之广感到兴奋。纳米孔材料有很大的定制空间，可以调整冷却效果。此外，还可以创建纳米孔阵列来放大效果。"该研究成果可增强的领域确实很多，包括利用温度梯度产生电动势。这可以应用于温度传感或蓝色能量采集。编译自：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1405089.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1405089.htm

研究人员利用分子混沌技术创造出更加有效的疏冰涂层

研究人员利用分子混沌技术创造出更加有效的疏冰涂层研究报告的共同作者加布里埃尔-埃尔南德斯-罗德里格斯展示了厚度仅为300-500纳米的防冰涂层研究人员着手改进疏冰涂层工艺。他们使用了一种称为化学气相沉积（iCVD）的制造技术。它的工作原理是将两种物质作为气体施加到需要涂层的表面上。多年来，从将二氧化碳转化为石墨烯到制造更好的锂离子电池，该工艺已被广泛应用。在这种情况下，一种高粘合力的底漆与一种疏冰聚合物结合在一起。当气体铺设到表面时，它主要由底漆组成，这使得它能够与表面形成超强的粘合力。随着喷涂过程的继续，研究人员将抗冰材料的用量从零增加到100%，这样就形成了一种双层涂层，其下层具有很强的粘合力，而外层则能阻止冰晶的形成。研究人员说，产生这种破冰效果的机制以前从未见过。他们发现，涂层中的分子以随机的水平和垂直模式排列，阻碍了冰的形成。该研究的合著者、格拉茨理工大学固体物理研究所的加布里埃尔-埃尔南德斯-罗德里格斯解释说："疏冰材料由拉长的分子组成，这些分子以垂直或水平的方向附着在底漆上。我们涂抹的材料越厚，垂直和水平分子之间的交替就越随机。表面的排列越随机，驱冰效果就越大"。研究小组能够证明，其涂层不仅能够减少冰的附着力，还能降低水接触涂层时的冰点。寒冷气候下的车主可以梦想着用这种喷雾给车窗涂上一层霜，让冰天雪地的早晨变得轻松一些，而研究人员对这种喷雾还有其他想法，比如加快飞机除冰的速度，让精密的传感设备免受霜冻的影响。这项研究发表在《ACS应用材料与界面》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421593.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421593.htm