Biological Examples of Nanomotors a

Biological Examples of Nanomotors and Nanodevices
Biology provides examples of nanometer scale motors and electrical devices, which
can be seen as limits of smallness. If nature can make these (only recently perceived)
nanoscale machines, why, some ask, cannot human technology meet and
eventually exceed these results? It is certainly a challenge.
The contraction of muscle occurs through the concerted action of large numbers
of muscle myosin molecules, which "walk" along actin filaments in animal tissue.
3.2 Biological Examples of Nanomotors and Nanodevices 129
Other sorts of motors rotate flagella, providing motion of bacteria through liquid
media. Myosin, Kinesin, and rotary motors for flagella appear in extremely primitive
life forms. It is believed that original forms of these proteins were present in single
cell organisms appearing about a billion years ago. Simpler motors (similarly
ancient) resembling springs are exemplified by the spasmoneme in Vorticella.
Electrically controlled valves in biology are exemplified by ion channels. One of
the most studied is the voltage-gated potassium channel. This protein assembly controll
ably allows potassium ions to cross the lipid membrane of a neuron, generating
nerve impulses.
These ion channels can be compared to transistors, in that a voltage controls a
current flow. Ion channels, embedded in lipid cell walls, are truly nanometer scale
electrically controlled gate devices.
3.2.1
Linear Spring Motors
An example of a biological motor, the spasmoneme spring, is shown in Figure
3.1 [6,7].
This system, first observed by the famous microscopist Leeuwenhoek in 1676,
has a large literature. When extended, the spring may be mm in length. When
exposed to calcium, which neutralizes the net negative charge in the extended state,
the stalk contracts in a few ms to 40% of its length, at velocities approaching 8 cm/s.
A B
Figure 3.1 Spasmoneme spring. (A). The spasmoneme in
Vorticella in its fully extended (left), fully contracted (middle),
and partly extended (right) states [6]. (8). The extended spring
state (left) consists of aligned filaments held apart by negative
charges (dots). On the right, with plus and minus charges
(dots) equally likely, the stalk collapses to a rubber-like state
3 What are Limits to Smallness?
In consideration of the viscous drag forces that are involved, as described in Chapter
2, noting that the diameter of the head is as much as 50 Jlm, the force of contraction
is estimated to be on the order of 10 nN, and the power is of order 100 pW.
As sketched in Figure 3.1 (B), the stalk is modeled [6] to consist of a bundle of
filaments, each about 2 nm in diameter, which are roughly aligned but only weakly
cross-linked. The extended structure is net negatively charged, forced into this
extended state simply by Coulombic repulsion within the linear constraint of the filament
bundle. Many further subtleties of this situation are known,

Kết quả (Việt) 1:

Các ví dụ sinh học của Nanomotors và NanodevicesSinh học cung cấp các ví dụ nanomet quy mô cơ và các thiết bị điện, màcó thể được xem như là giới hạn của smallness. Nếu bản chất có thể làm những việc này (chỉ mới cảm nhận)Nano máy, tại sao, một số yêu cầu, không công nghệ của con người gặp gỡ vàcuối cùng vượt quá những kết quả này? Nó chắc chắn là một thách thức.Sự co cơ bắp xảy ra thông qua hành động phối hợp của số lượng lớnCác cơ bắp myosin phân tử, mà "đi bộ" dọc theo actin trong mô động vật. 3.2 các ví dụ sinh học của Nanomotors và Nanodevices 129Các loại khác của động cơ xoay Mao, cung cấp các chuyển động của các vi khuẩn thông qua chất lỏngphương tiện truyền thông. Myosin, Kinesin, và các động cơ quay để Mao xuất hiện trong vô cùng nguyên sơCác hình thức cuộc sống. Người ta tin rằng các hình thức ban đầu của các protein có mặt trong đĩa đơntế bào sinh vật xuất hiện khoảng một tỷ năm trước. Đơn giản hơn động cơ (tương tựcổ đại) tương tự như lò xo được exemplified bởi spasmoneme ở Vorticella.Van điều khiển bằng điện trong sinh học được exemplified bởi các ion. Một trongnghiên cứu kỹ nhất là kênh kali có cổng vào điện áp. Này mộ lắp ráp proteinably cho phép các ion kali qua màng lipid của một tế bào thần kinh, tạo raxung thần kinh.Các kênh ion này có thể được so sánh với bóng bán dẫn, trong đó một điện áp điều khiển mộthiện tại dòng chảy. Các kênh ion, nhúng vào trong tế bào chất béo, đang thực sự quy mô nanometCác thiết bị điện kiểm soát cửa khẩu.3.2.1Động cơ tuyến tính mùa xuânMột ví dụ của một động cơ sinh học, mùa xuân spasmoneme, được thể hiện trong hình3.1 [6,7].Hệ thống này, lần đầu tiên được quan sát bởi nổi tiếng microscopist Leeuwenhoek năm 1676,có một văn học lớn. Khi mở rộng, mùa xuân có thể mm chiều dài. Khitiếp xúc với canxi, neutralizes phí tiêu cực net ở nhà nước mở rộng,cuống hợp đồng trong một vài ms đến 40% chiều dài của nó, tại vận tốc tiếp cận 8 cm/s.A BHình 3.1 Spasmoneme mùa xuân. (A). spasmoneme trongVorticella trong của nó hoàn toàn mở rộng (bên trái), đầy đủ ký hợp đồng (giữa),và một phần mở rộng (bên phải) Hoa Kỳ [6]. (8). mùa xuân mở rộngbang (bên trái) bao gồm các liên kết sợi do tổ chức ngoài tiêu cựcchi phí (dấu chấm). Bên phải, Plus và trừ đi các chi phí(dots) đều có thể sụp đổ cuống đến một trạng thái giống như cao su 3 điều gì là giới hạn để Smallness?Xem xét các độ nhớt cao kéo lực lượng có liên quan, như được diễn tả trong chương2, lưu ý rằng đường kính của người đứng đầu là nhiều như 50 Jlm, lực lượng của cođược ước tính là trên thứ tự của 10 nN, và sức mạnh của đơn đặt hàng 100 chiếc pW.Phác thảo hình 3.1 (B), cuống là mô hình [6] để bao gồm một bósợi, mỗi khoảng 2 nm đường kính khoảng phù hợp nhưng chỉ yếuCross-Linked. Mở rộng cấu trúc là net tiêu cực trả, buộc vào đâymở rộng nhà nước chỉ đơn giản bằng Coulombic repulsion trong sự hạn chế tuyến tính của dây tócbó. Nhiều hơn nữa tinh tế của tình trạng này được biết đến,

Kết quả (Việt) 2:

Ví dụ sinh học của Nanomotors và các thiết bị nano
sinh học cung cấp những ví dụ về động cơ quy mô nanomet và các thiết bị điện, trong đó
có thể được xem như là giới hạn của sự nhỏ bé. Nếu thiên nhiên có thể làm cho những (chỉ gần đây mới cảm nhận)
Máy có kích thước nano, tại sao, một số yêu cầu, có thể không phải là người công nghệ đáp ứng và
cuối cùng vượt quá những kết quả này? Đó chắc chắn là một thách thức.
Sự co của cơ xảy ra thông qua sự phối hợp hành động của một số lượng lớn
các phân tử myosin cơ bắp, mà "đi bộ" dọc theo sợi actin trong mô động vật.
3.2 Ví dụ sinh học của Nanomotors và các thiết bị nano 129
loại khác của động cơ xoay roi, cung cấp chuyển động của các vi khuẩn thông qua chất lỏng
truyền thông. Myosin, kinesin, và động cơ quay cho roi xuất hiện trong rất nguyên thủy
dạng sống. Người ta tin rằng các hình thức ban đầu của các protein này đã có mặt tại đơn
sinh tế bào xuất hiện khoảng một tỷ năm trước đây. Động cơ đơn giản (tương tự như
cổ) suối giống như được minh chứng bằng các spasmoneme trong Vorticella.
Van điều khiển bằng điện trong sinh học được minh chứng bằng các kênh ion. Một trong những
nghiên cứu nhiều nhất là các kênh kali điện áp-gated. Lắp ráp protein này controll
ably cho phép các ion kali qua màng lipid của một tế bào thần kinh, tạo ra
các xung động thần kinh.
Các kênh ion có thể được so sánh với bóng bán dẫn, trong đó một điện áp điều khiển một
dòng chảy hiện tại. Kênh ion, nhúng vào trong vách tế bào lipid, đang thực sự nanomet quy mô
điều khiển bằng điện thiết bị cổng.
3.2.1
tuyến Xuân Motors
Một ví dụ của một động cơ sinh học, mùa xuân spasmoneme, được thể hiện trong hình
3.1 [6,7].
Hệ thống này, đầu tiên quan sát của Leeuwenhoek hiển vi nổi tiếng trong năm 1676,
có một nền văn học lớn. Khi mở rộng, mùa xuân có thể mm chiều dài. Khi
tiếp xúc với canxi, trung hòa điện tích âm ròng trong trạng thái mở rộng,
hợp đồng rỗi trong một vài mili giây đến 40% chiều dài của nó, ở vận tốc gần 8 cm / s.
AB
Hình 3.1 Spasmoneme mùa xuân. (A). Các spasmoneme trong
Vorticella trong của nó hoàn toàn mở rộng (trái), hợp đồng đầy đủ (giữa),
và một phần mở rộng (phải) bang [6]. (số 8). Mùa xuân mở rộng
nhà nước (trái) bao gồm sợi việc sắp xếp tổ chức ngoài bởi tiêu cực
phí (dấu chấm). Phía bên phải, với cộng và trừ đi chi phí
(chấm) đều có khả năng, cuống sụp đổ đến một trạng thái giống như cao su
3 Giới hạn để nhỏ bé? Là gì
Trong việc xem xét các lực lượng kéo nhớt có liên quan, như mô tả ở Chương
2, lưu ý rằng đường kính của đầu nhiều như 50 JLM, sức co
được ước tính là vào thứ tự của 10 nN, và sức mạnh là trật tự 100 pw.
khi phác thảo trong hình 3.1 (B), thân cây được mô hình hóa [ 6] để bao gồm một bó
sợi, mỗi khoảng 2 nm, đường kính, được khoảng phù hợp nhưng chỉ yếu
liên kết ngang. Cấu trúc mở rộng được mạng lưới điện âm, buộc vào điều này
nhà nước mở rộng chỉ đơn giản bằng Coulombic lực đẩy trong chế tuyến tính của sợi
bó. Nhiều tinh tế hơn nữa của tình trạng này được biết đến,