生物纳米马达的研究进展及专利列举
作者：未知 时间：2007-03-23
生物纳米马达是由生物大分子构成的纳米系统，能将化学能转化为机械能，在生命活动中发挥重要作用，如驱动蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等。纳米马达的种类和运动方式多样，包括直线运动和旋转运动，能量来源主要为ATP。近年来，DNA马达和生物分子纳米发动机成为研究热点，DNA马达兼具结构材料和燃料功能，生物分子纳米发动机由有机物和镍无机物构成，能在体内巡视和分配药量。美国在分子马达研究方面领先，涉及马达蛋白特性、纳米机械系统、基因治疗等，荷兰、瑞士等国也进行相关研究。欧洲专利局网站检索显示，相关专利涉及驱动蛋白、F1-ATPase、分子探测器等，展现了生物纳米马达在医学和纳米技术领域的巨大潜力。
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，Be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。
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“(moecu 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
3.Controofabiomoecuarmotor-powerednanodevicewithanengineeredchemicaswitch
4.DeiveryofsiRNAandribozymeforgenetherapyby35-nmnanoparticesofphi29motorpRNA
5.Functionahydrogesurfaces:Bindingkinesin-basedmoecuarmotorproteinstoseectedpatternedsites.AdvancedFunctionaMateriasv15n8August2005.p1303-1309
6.SynthesisoffunctionaizedmoecuarmotorsSynthesisn11Ju152005.p1789-1796
7.Guidingmotor-propeedmoecueswithnanoscaeprecisionthroughsianizedbi-channestructuresNanotechnoogyv16n6Jun12005.p710-717