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生物纳米马达的研究进展及专利列举

供稿人:ISTIS  供稿时间:2005-10-12   关键字:生物纳米马达  分子马达  DNA马达  纳米发动机    
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
US2005164201
2005-07-28
US20040517510
2004-12-10
HARVEY DIANE M (US); YANG YI (US);
 
WO2005080603
2005-09-01
WO2004US42358
2004-12-17
UNIV ARIZONA (US);
 HE LIYAN (US);
 
EP1566435
2005-08-24
EP20030754061
2003-10-09
JAPAN SCIENCE & TECH AGENCY (JP)
WO2004046350 (A1)
JP2004166612 (A)
WO2005061700
2005-07-07
WO2004US38236
2004-12-09
UNIV WASHINGTON (US); GOLDBERG GREGORY (US); (+4)
 
US2003215844
2003-11-20
US20030365378
2003-2-11
CHAPSKY LARS (US); FRASCH WAYNE D (US);
 
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)
WO0109181
2001-02-08
WO2000US20925
2000-07-31
US HEALTH (US); SCHNEIDER THOMAS D (US)
EP1204680 (A1)
CA2380611 (A1)
US6180940
2001-01-30
US19980055745
1998-04-07
UNIV LAVAL (US)
 
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.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
 
 

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