個別細(xì)菌會游到馬達外緣上蝕刻的 15 個微室中，然后它們露在外面的鞭毛就會像螺旋槳一樣合力轉(zhuǎn)動馬達，與河水推動水磨旋轉(zhuǎn)有著異曲同工之妙。

　　2017 年 6 月 28 日，羅馬薩皮恩澤爾大學(xué)（Sapienza Università di Roma）和羅馬納米技術(shù)研究所 NANOTEC-CNR 的物理學(xué)教授 Roberto Di Leonardo 領(lǐng)銜的科研團隊在《自然通訊》（Nature Communications）雜志網(wǎng)站上發(fā)表了他們的對細(xì)菌驅(qū)動馬達的科研成果。

　　“比起之前基于野生型細(xì)菌和扁平結(jié)構(gòu)的設(shè)計，我們最新的設(shè)計不僅轉(zhuǎn)速更高，波動性也大幅減小，” Leonardo 說，“我們能生產(chǎn)大量利用光作為最終能源的可獨立控制的轉(zhuǎn)子陣列。有朝一日，這些設(shè)備將能以低廉的成本，作為微型機器內(nèi)部的一次性驅(qū)動器，而這些微型機器人將用于細(xì)胞的收集與整理，為微型生物醫(yī)療實驗做出貢獻?！?/p>

　　上文所提過到液體里包含著大量的游動細(xì)菌，由于其自身蘊含的機械能而被稱為“活性液體”。為了讓“活性液體”轉(zhuǎn)化成推動微型機器運轉(zhuǎn)的燃料，就必須讓所有雜亂無章的細(xì)菌都朝著一個方向游動。

　　在最新的設(shè)計中，為了使細(xì)菌施加的扭矩最大化，每個馬達外緣上的微室都以 45 度角向外傾斜；科研人員還建造了一個放射線狀的斜坡，并適當(dāng)?shù)夭贾昧恕奥氛稀币砸龑?dǎo)細(xì)菌直接進入微室。在實驗中，他們發(fā)現(xiàn)馬達的轉(zhuǎn)速與捕獲細(xì)菌的數(shù)量呈線性增長，同時也能輕松地實現(xiàn)每分鐘 20 轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。

　　而對于任何由細(xì)菌驅(qū)動的微型馬達來說，另一個不可忽視的要求就是對轉(zhuǎn)速的控制。為了做到這一點，科研人員修改了大腸桿菌的基因，使它表達出一種叫“變形菌視紫質(zhì)”的光驅(qū)動質(zhì)子泵。它能利用光能抵消電勢能來驅(qū)動質(zhì)子，提高細(xì)菌的游動速度。再通過不同光強的照射，轉(zhuǎn)速就能得到控制。

　　但為了讓這些系統(tǒng)發(fā)揮實際用處，不僅僅得控制單個馬達的轉(zhuǎn)速，還得讓所有馬達都在保持在統(tǒng)一轉(zhuǎn)速。幸運的是，科研人員在一種反饋算法的幫助下，證實了只要每隔十秒鐘用光線均勻照射一次，就能有效地同步所有馬達。利用這樣的光控方法，就能均一化控制一組馬達的轉(zhuǎn)速。

　　顯然，這些由細(xì)菌驅(qū)動的微型馬達在醫(yī)學(xué)上有著不可估量的應(yīng)用前景，科研人員已經(jīng)計劃對將它們用于藥物輸送的方向展開研究。