分子螺旋桨

分子螺旋桨是一种在旋转时可以推动流体的分子，因为它的特殊形状设计类似于宏观螺旋桨：它有几个分子级叶片，以一定的螺距角连接在轴的圆周上，沿旋转方向对齐轴。伊利诺伊大学芝加哥分校PetrKrál教授小组设计的分子螺旋桨，其叶片由平面芳香分子形成，轴为碳纳米管。分子动力学模拟表明，这些螺旋桨可以作为有效的泵，用于散装和液体表面。它们的泵送效率取决于叶片和液体之间界面的化学性质。例如，如果叶片是疏水的，水分子不会与它们结合，螺旋桨可以很好地泵送它们。如果叶片是亲水的，水分子会与极性叶片中的原子形成氢键。这可以在很大程度上阻止叶片周围其他水分子的流动，并显着减慢它们的泵送速度。

分子螺旋桨可以通过分子马达旋转，分子马达可以通过化学、生物、光学和电气手段或各种棘轮状机构驱动。大自然通过大量高度复杂的分子马达（如肌球蛋白、驱动蛋白和ATP合酶）来实现大多数生物活动。例如，附着在称为鞭毛的蛋白质尾巴上的旋转分子马达可以推动细菌。

以类似的方式，分子螺旋桨和分子马达的组装可以形成可以泵送流体或执行运动的纳米级机器。这些纳米系统的未来应用范围从物理和化学中的新型分析工具、生物学和医学中的药物递送和基因治疗、先进的纳米流体芯片实验室技术，到在纳米级或微米级执行各种活动的微型机器人。