《納米快報》：譚蔚泓小組制備出光能分子納米馬達

　　近日，國際學術期刊《納米快報》(Nano Letters)在線報道了一種新型的由光子驅動的“分子納米馬達”。這種單分子馬達將光能高效地轉變成機械力，不僅能將光能的利用率從過去的10%提高到25%以上，還沒有人們所憂慮的在其過程中所產生的環境污染問題。

　　據介紹，分子馬達可以為未來的納米器件提供一種能量源泉。如果要實現納米機器的設想，提供能量的動力系統是個關鍵部分，即使工藝再精致，人們也不可能制作出納米數量級的機械動力系統，所以科學家們寄希望于分子馬達可以為納米機器提供動力。這項研究由美國佛羅里達大學化學系華裔科學家譚蔚泓教授領導的一個研究小組完成。

　　譚蔚泓在大洋彼岸接受了《科學時報》的電話采訪。他介紹，這個馬達主要由一個具有發夾結構的DNA分子組成，并嵌入了光敏性的偶氮苯組分來完成可逆的光控轉換操作。在紫外—可見光的照射下，這個單分子納米馬達可以達到40%～50%的開關轉換效率。同時，在常溫常壓條件下，納米馬達就可以表現出良好的、規整的可控性，并具有無廢料排除的特性。與其他多組分的DNA納米馬達相比，這種單分子馬達由于其單組分特性，分子運動主要受獨特的分子內相互作用的影響，從而可以減少分子間作用力的干涉，并表現為濃度非依賴性。

　　他主持的這項研究由美國科學基金會和衛生總署支持。研究小組設計的由光子控制驅動的單分子納米馬達，由一個分子吸收一個光子后，可產生大約20×10-12的牛頓力，并做機械運動。

　　與科學家以往研究不同的是：過去關于太陽能的研究主要是光—熱轉換或光—電轉換，而非直接產生機械力。目前，他們設計的單分子馬達，理論上的光能利用率很高，目前實驗實現的利用率為25%。

　　他們設計的單個納米馬達的尺寸只有2～5納米，若把這些馬達組裝在一起，尺寸可達到10～12納米。因此，若把這種馬達用來吸收太陽能，相比傳統的太陽能電池，能更有效地利用太陽能。

　　然而，納米馬達產生的動力與其尺寸有關。納米馬達尺寸很小，目前這項技術離實用還有很遠的距離。如果要用這種馬達來驅動汽車或其他大型設備，需要把大量的納米馬達裝配在一起，目前尚有困難。

　　譚蔚泓說：“主要的困難在于如何把這些馬達由陽光照射所產生的分子級動力累積在一起，輸出可用的動力。目前我們已開始制造這類裝置的原型機。”

　　他還介紹，研究小組中的博士研究生康懷志和陳燕正在研究分子組裝方法，把單個的分子馬達有序地結合起來，以充分利用太陽提供的光能。這種分子組裝方法可將大量的分子集合起來，以實現有效的分子力的利用。

　　譚蔚泓曾先后就讀于湖南師范大學和中國科學院。1993年獲美國密執安大學博士學位。目前為佛羅里達大學化學系教授、納米生物技術研究中心副主任，并在該校癌癥研究中心和大腦研究所擔任研究員。

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　　《納米快報》發表論文摘要(英文)