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：
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马达种类 |
发动机部件 |
能量来源 |
运动方式 |
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细胞肌架蛋白 |
驱动蛋白 |
微管蛋白 |
ATP |
直线运动 |
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肌球蛋白 |
肌动蛋白 |
ATP |
直线运动 |
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旋转马达 |
F1一ATP酶 |
F1复合物 |
ATP |
旋转运动 |
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细菌鞭毛 |
很多的蛋白质 |
H+/Na+ |
旋转运动 |
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核苷酸马达 |
聚合酶 |
DNA—RNA |
ATP |
直线运动 |
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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：
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专利名 |
公告号/公告日 |
申请号/申请日 |
申请人 |
同族专利 |
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一种标有与驱动蛋白相关的新型着丝点的独立核酸分子及其使用 |
US2005164201
2005-07-28 |
US20040517510
2004-12-10 |
HARVEY DIANE M (US); YANG YI (US); |
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采用分子马达的单分子探测器 |
WO2005080603
2005-09-01 |
WO2004US42358
2004-12-17 |
UNIV ARIZONA (US);
HE LIYAN (US); |
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旋转分子马达 V1-ATPase |
EP1566435
2005-08-24 |
EP20030754061
2003-10-09 |
JAPAN SCIENCE & TECH AGENCY (JP) |
WO2004046350 (A1)
JP2004166612 (A) |
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间质胶原酶分子马达 |
WO2005061700
2005-07-07 |
WO2004US38236
2004-12-09 |
UNIV WASHINGTON (US); GOLDBERG GREGORY (US); (+4) |
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采用F1-ATPase生物分子马达的单分子探测器 |
US2003215844
2003-11-20 |
US20030365378
2003-2-11 |
CHAPSKY LARS (US); FRASCH WAYNE D (US); |
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标有新型分子驱动蛋白的基因及其对疾病的诊断方法 |
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) |
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分子马达 |
WO0109181
2001-02-08 |
WO2000US20925
2000-07-31 |
US HEALTH (US); SCHNEIDER THOMAS D (US) |
EP1204680 (A1)
CA2380611 (A1) |
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光驱动的分子旋转马达 |
US6180940
2001-01-30 |
US19980055745
1998-04-07 |
UNIV LAVAL (US) |
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可驱动小颗粒的纳米级装置 |
DE19917848
2000-10-19 |
DE19991017848 1999-04-15 |
INST MOLEKULARE BIOTECHNOLOGIE (DE) |
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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
http://www.qiji.cn/news/scinews/2004/10/10/20041010142644.htm
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
