生物纳米马达的研究进展及专利列举

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生物纳米马达，又称生物马达分子、分子马达或纳米机器，是由生物大分子构成并将化学能转化为机械能的纳米系统。天然的分子马达，如：驱动蛋白、rna聚合酶、肌球蛋白等，在生物体内的胞质运输、dna复制、细胞分裂、肌肉收缩等生命活动起着重要作用。它是马达家族的革命，标志着人类由制造物理马达到制造生物马达的理想成为现实。纳米马达这种聚合物分子含有数对氮原子，氮原子两侧各有一个苯环，环与环之间的氮“桥”扭结在一起。分子的往复伸缩形变就是马达的运转。分子马达的种类和运动方式见下表： 马达种类 发动机部件 能量来源 运动方式 细胞肌架蛋白 驱动蛋白 微管蛋白 atp 直线运动 肌球蛋白 肌动蛋白 atp 直线运动 旋转马达 f1一atp酶 f1复合物 atp 旋转运动 细菌鞭毛 很多的蛋白质 h+/na+ 旋转运动 核苷酸马达 聚合酶 dna—rna atp 直线运动 解旋转酶 dna—rna atp 直线运动 （出处见参考文献1） 分子马达方面的一个新进展是将dna用于纳米机械装置制成dna马达。2000年8月，bell实验室和牛津大学的研究者开发了一个dna马达。据预测，dna马达技术可制造比当今快1000倍的计算机。在制作dna马达时dna既是结构材料，而且也作为“燃料”。 2001年4月，美国康奈尔大学的研究者研制出一台生物分子纳米发动机。据称，这台生物分子纳米发动机仅一个病毒般大小，由有机物充当的发动机和镍无机物充当的螺旋桨两部分组成。整台发动机机长750纳米，宽150纳米。这台发动机是由atp（三磷酸腺苷）提供能量，即生物体内的三磷酸腺苷分子为纳米马达供电，由atp合成酶驱动发动机运转。每加一次能量，纳米发动机可连续工作一小时。科学家高度评价此项科技成果，认为生物分子纳米发动机在医学领域将大有用武之地。例如，它可以充当一个“小护士”，巡视全身；它还可以在体内充当一个“小药剂师”，解释细胞发出的化学信号，计算必要的剂量，在人体内直接分配药量等[7-9]。 近两年对分子马达研究最多的仍是美国，涉及马达蛋白的生物物理、生物化学特性；分子马达装配于纳米机械系统；利用水凝胶表层定位或集成分子马达蛋白；通过35nm的phi29纳米驱动prna粒子传递基因治疗的sirna和ribozyme颗粒等研究；在真核细胞的直径为25 nm的封闭微管中，含驱动蛋白的分子马达所进行的输送传递。此外，荷兰、瑞士等国也对两个分子马达合成方法，分子马达高精度驱动有所研究。

采用“(molecul* or nano*) and motor*”策略在欧洲专利局网站检索，将所得相关专利列表如下： 专利名 公告号/公告日 申请号/申请日 申请人 同族专利 一种标有与驱动蛋白相关的新型着丝点的独立核酸分子及其使用 us2005164201 2005-07-28 us20040517510 2004-12-10 harvey diane m (us); yang yi (us); 采用分子马达的单分子探测器 wo2005080603 2005-09-01 wo2004us42358 2004-12-17 univ arizona (us); he liyan (us); 旋转分子马达 v1-atpase ep1566435 2005-08-24 ep20030754061 2003-10-09 japan science & tech agency (jp) wo2004046350 (a1) jp2004166612 (a) 间质胶原酶分子马达 wo2005061700 2005-07-07 wo2004us38236 2004-12-09 univ washington (us); goldberg gregory (us); (+4) 采用f1-atpase生物分子马达的单分子探测器 us2003215844 2003-11-20 us20030365378 2003-2-11 chapsky lars (us); frasch wayne d (us); 标有新型分子驱动蛋白的基因及其对疾病的诊断方法 wo02097079 2002-12-05 wo2002jp05226 2002-05-29 japan as represented by the pr (jp); hirokawa nobutaka (jp); (+1) wo02097079 (a3) ep1390483 (a3) ep1390483 (a2) 分子马达 wo0109181 2001-02-08 wo2000us20925 2000-07-31 us health (us); schneider thomas d (us) ep1204680 (a1) ca2380611 (a1) 光驱动的分子旋转马达 us6180940 2001-01-30 us19980055745 1998-04-07 univ laval (us) 可驱动小颗粒的纳米级装置 de19917848 2000-10-19 de19991017848 1999-04-15 inst molekulare biotechnologie (de) 参考文献：

1.分子马达的研究与应用前景.微电机 2005，38(2) 67-69 2.能探测病毒的纳米器件 /news/scinews/2004/10/10/20041010142644.htm 3.control of a biomolecular motor-powered nanodevice with an engineered chemical switch nature materials v 1 n 3 november 2002. p 173-178 4.delivery of sirna and ribozyme for gene therapy by 35-nm nanoparticles of phi29 motor prna meeting abstracts 2004 joint international meeting - 206th meeting of the electrochemical society/2004 fall meeting of the electrochemical society of japan, ma 2004-02 2004. 5.functional hydrogel surfaces: binding kinesin-based molecular motor proteins to selected patterned sites.advanced functional materials v 15 n 8 august 2005. p 1303-1309 6.synthesis of functionalized molecular motors synthesis n 11 jul 15 2005. p 1789-1796 7.guiding motor-propelled molecules with nanoscale precision through silanized bi-channel structures nanotechnology v 16 n 6 jun 1 2005. p 710-717