分子螺旋槳

分子螺旋槳是一種在旋轉時可以推動流體的分子，因為它的特殊形狀設計類似于宏觀螺旋槳：它有幾個分子級葉片，以一定的螺距角連接在軸的圓周上，沿旋轉方向對齊軸。伊利諾伊大學芝加哥分校PetrKrál教授小組設計的分子螺旋槳，其葉片由平面芳香分子形成，軸為碳納米管。分子動力學模擬表明，這些螺旋槳可以作為有效的泵，用于散裝和液體表面。它們的泵送效率取決于葉片和液體之間界面的化學性質。例如，如果葉片是疏水的，水分子不會與它們結合，螺旋槳可以很好地泵送它們。如果葉片是親水的，水分子會與極性葉片中的原子形成氫鍵。這可以在很大程度上阻止葉片周圍其他水分子的流動，并顯著減慢它們的泵送速度。

分子螺旋槳可以通過分子馬達旋轉，分子馬達可以通過化學、生物、光學和電氣手段或各種棘輪狀機構驅動。大自然通過大量高度復雜的分子馬達（如肌球蛋白、驅動蛋白和ATP合酶）來實現大多數生物活動。例如，附著在稱為鞭毛的蛋白質尾巴上的旋轉分子馬達可以推動細菌。

以類似的方式，分子螺旋槳和分子馬達的組裝可以形成可以泵送流體或執行運動的納米級機器。這些納米系統的未來應用范圍從物理和化學中的新型分析工具、生物學和醫學中的藥物遞送和基因治療、先進的納米流體芯片實驗室技術，到在納米級或微米級執行各種活動的微型機器人。