生物分子机兴起
活生物体代表高度复杂化学反应的偶然协调开始更深入地理解分子层次上发生过程, 分子机行为变得更为不可思議
细胞里蛋白质作用巨大视作用而定,它们可能保护细胞不受病毒和细菌入侵,或充当送信者,传递神经系统信息协调联合生理响应蛋白质函数从结构组成中反射Proteins行为为抗体有大型绑定网站,完全正确组成原子和分子间联以绑定单子抗原送信者蛋白往往很小,需要很容易从身体的一个部分传到另一个部分
多蛋白绑在一起或化工组成寡头,分子复合体由数个重复单元组成聚合物是长链式寡头,由大数重复单元组成寡头和聚合物不单由蛋白质组成,而且极小重复合成复合物的化学元素寡头或聚合物的属性对自身行为和属性非常重要
弗拉迪克·阿维托佐夫教授 化学物理学院非常感兴趣 理解这些寡头物种的特性 如何影响它们的功能 和如何组成分子机特别是,他一直侧重于使用模拟理解纳米尺度系统行为,这些系统有触发型和开关型元素,类似于电路特征
机器块
分子尺寸机器和工程构造之间有许多协同关系系统之一Avetisov教授研究欧拉拱门由两根硬棒组成 并用链和泉接spring熊承载并保持它不弯曲, 方式相似于一个键盘欧拉拱门在静态条件下可能稳定化,但如果应用突发纵向和横向负载,则可能发生“灾难”,结构可能下降
欧拉拱门常引用
并像经典例子 灾难机
硬搭建结构倒闭本身看似灾难化,但灾难对力量有特定意义指切形突变或变形欧拉拱门常被称为经典缩写机例子,因为向任一方向应用力会因spring行为对结构产生强扰动
右手图例Euler机械和生物格式
欧拉拱门是古典对象,行为表现方式可以是脉冲能量和机械工作由纵向和横向力量完成,因此可以检查从拱门取出的最高和最小能量几何并绘制三维面图,描述拱门为组合力函数
欧拉拱门表面显示 可能有两个低能结构 或稳定形式稳定形式由大山或能量屏障隔开,这意味着系统将一次到达稳定点并留在那里但是,如果应用大量能量或突发横向负载,则系统会跳到另一个稳定最小值将再次受困到突发外部力应用这种行为被称为可避免性
随机动画
Avetisov教授和他的团队发现 系统随机波动 也能触发系统两个稳定状态之间的转换面向寡头持续运动,随机响应可增强随机运动的噪声,为跳动配置提供充足驱动力
寡头可以是一个大有前途候选者 双状态完全可交换机 极高敏感度环境
Avetisov教授及其团队通过运行模拟,表示有可能从时间函数跟踪寡头所有原子的位置,发现从寡头分子内部交互作用到寡头分子与周围溶剂交互作用变化实际上会影响结构分子溶解交互作用在生物学中非常重要,因为我们的细胞是非常水环境,含有大多数化学和蛋白比较开放的分子形式保持相对不变,但如果发生高度压缩封闭形式,就足以触发自发振荡放大并导致分子结构的进一步变形系统可观察到两个二分状态间按纳秒时标跳动
变换状态后,寡头人还拥有前结构的内存或歇斯底里并可以推回原状前置路径不完全等效,但这意味着寡头可选为双状态完全可交换机,极敏感环境
设计未来
Avetisov教授认为,这种可避免性可用于有意设计分子机,特别是单分子传感器多数检测技术需要一定量分子才能显示信号,即成百上千个单分子相匹配然而,这些寡头机能改变状态 只与一个分子交互寻找清晰信号检测闭开放状态后,纳米机可成为单分子高效传感器单模块敏感度不仅可用于检测,还可用于驱动微小纳米机械和纳米电机设备构建分子级电路
个人响应
未来设计应用中想使用哪种寡头
并使用各种二进制寡头构件构建极小纳米机选择取决于程序
纳米机器想在活细胞内工作,比如执行单分子检测,最好用生物兼容寡头设计纳米机二元功能,例如存储设备或电网时,我们会选择传导聚合物必要的其他功能元素,例如将热波能转换成纳米机运动,在作选择时可能也很重要考虑。