迄今最小流量驱动电机仅25纳米

迄今最小流量驱动电机仅25纳米荷兰代尔夫特理工大学研究人员制造出世界上最小的流量驱动电机。受荷兰标志性风车和生物马达蛋白的启发，研究人员构建出一种通过DNA自我配置的流动驱动转子，可将电能或盐梯度的能量转化为有用的机械功。这一成果为在纳米尺度上设计主动机器人开辟了新的途径。相关论文发表在最近的《自然·物理》杂志上。几千年来，旋转电机一直是人类社会的动力源。从荷兰及世界各地的风车和水轮，到今天代表绿色能源未来的先进的离岸风力涡轮机。这些由水流或风力驱动的旋转马达在生物细胞中也有突出的应用，FoF1-ATP合成酶就是一个例子，它能产生细胞运行所需的燃料。但到目前为止，要制造纳米级的合成结构仍然很难。此次制造的流量驱动电机是由DNA材料制成的。这种结构与薄膜中的纳米孔（一个微小的开口）对接。在电场作用下，只有7纳米粗细的DNA束自组织成转子状结构，随后进入每秒10转以上的持续旋转运动。7年来，研究人员一直在尝试自下而上地综合制造这样的旋转纳米电机。他们使用DNA折叠技术，利用互补DNA碱基对之间的特定相互作用来构建2D和3D纳米物体。通过施加电压等方式形成离子流产生能量，使转子旋转。其旋转方向由转子的手性设定，左旋顺时针旋转；右旋则逆时针旋转。研究人员还展示了这种“纳米涡轮机”承载负荷的能力。研究人员表示，这一成果是一个里程碑，因为它是迄今为止首次在纳米尺度上实现的流量驱动有源转子实验。这项工作的重要性并不仅限于这个简单的转子本身，它背后的技术和物理机制为制造合成纳米电机开辟了一条全新途径——流量驱动的纳米涡轮机，这是一个尚未被探索的领域。研究人员表示，他们制造出第一个纳米级涡轮机，再现了美丽的荷兰风车，但这一次它只有25纳米，相当于体内一个蛋白质的大小。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1301827.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1301827.htm

研究人员受安第斯秃鹰启发改造风力涡轮机 将发电量提高了10%

研究人员受安第斯秃鹰启发改造风力涡轮机将发电量提高了10%加拿大阿尔伯塔大学（UniversityofAlberta）机械工程系的研究人员研究了在风力涡轮机叶片上安装受兀鹰启发的小翼是否也能减少阻力并增加能量生产。风力涡轮机叶片利用空气动力学原理提取风能，并将其转化为电能。但是，如果我们要依靠清洁、可持续的能源生产，就必须确保它们尽可能多地产生能量。通常降低风力发电机效率的是升力产生的诱导阻力。当叶片穿过空气时，其顶部（吸气侧）会形成一个气压较低的区域。叶片下方（压力侧）的高压空气会与上方的低压区域寻求平衡，从而形成叶尖涡流，空气从叶片顶端呈螺旋状流出。涡流使气流向下偏转（下冲），产生诱导阻力。虽然大多数现代飞机都通过使用小翼来减少叶尖涡流的影响，从而降低诱导阻力，但在风能产业中的应用仍处于起步阶段。对装有小翼的风力涡轮机进行的研究表明，小翼可以提高发电量，但其代价往往是延长叶尖，因此很难确定这种改进是直接归功于小翼，还是增加了叶片的润湿面积，即与外部气流接触的面积。为了澄清这个问题，阿尔伯塔大学的研究人员求助于加拿大工业设计公司BiomeRenewables，该公司通过模仿自然创造清洁能源产品，并根据秃鹰的翅膀设计了小翼。Biome为"秃鹰项目"开发了受生物启发的小翼。它长17.6英尺（5.35米），设计用于在生产后加装到风力涡轮机的叶片翼尖上。研究人员利用计算机模拟确定了在样本风力涡轮机上加装Biome翼片对其发电量的影响。BiomeRenewables的秃鹰灵感小翼RahnamayBahambaryetal.CCBY-NC-ND4.0他们发现，增加小翼后，沿叶片跨度方向的吸力面和压力面之间的压力差增大，这反过来又增加了涡轮机的扭矩（绕轴的旋转力）和发电量。发电量平均增加了10%，研究人员认为这归因于小翼引起的空气动力变化，而不仅仅是叶片扫掠面积的增加。尾流研究和发电量的结果表明，这种生物启发设计可以提高风力涡轮机的发电量。该研究发表在《能源》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426062.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426062.htm

金风科技GWH 252-13.6MW海上风力涡轮机组打破转子直径纪录

金风科技GWH252-13.6MW海上风力涡轮机组打破转子直径纪录上周四（10月13日），金风科技在福建省举办了首台13.6兆瓦海上风力涡轮机组的下线仪式。可知其转子直径达到了252米（827英尺），扫风面积50000平方米（约53.8万平方英尺），相当于七个足球场大小。作为当前亚太地区规模最大的单体涡轮机，GWH252-13.6MW打破了丹麦风能巨头Vestas旗下V236-15.0MW的旧纪录（其转子直径为236米/774英尺）。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328373.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328373.htm

[多图]非同寻常的塔式反向旋转浮动风力涡轮机将在挪威投入测试

[多图]非同寻常的塔式反向旋转浮动风力涡轮机将在挪威投入测试大多数风力涡轮机看起来就像一根棍子上的螺旋桨，但一旦你把这个概念带入深海（世界上绝大多数最好的风力资源都在深海）并将其放大，这种设计就越来越不合理了。所有的重物都在顶部，头重脚轻，因此要建造和维护一个不会在风中倾覆的浮动版本既困难又昂贵。正因为如此，WorldWideWind（WWW）公司的反向旋转VAWT才是一个令人着迷的替代方案。所有的重型发电机都安装在底部，事实上，是安装在水下，低于涡轮机的浮桥。这就在底部增加了足够的重量，使整个设备不会顶入水中，只需要一套系泊锚。反向旋转浮动VAWT剖析图/WorldWideWind发电机的转子和定子随后连接到一对垂直轴涡轮机上，每个涡轮机都有三个叶片，与塔架主轴成45度。下部涡轮机朝一个方向旋转，上部涡轮机则朝另一个方向旋转，上部涡轮机安装在下部涡轮机中间的一根杆上。叶片简单而固定，可以从风力中获取大部分有用的扭矩，就像帆船一样。WWW首席技术官汉斯-伯恩霍夫（HansBernhoff）在去年的一次采访中告诉我们："只有在直接逆风或直接顺风的情况下，它才不会追上速度。当垂直轴叶片旋转时，它或多或少会在360度的300度上获得扭矩"。发电机的阻力可以通过微秒管理来控制涡轮机的速度。因此，无论风向如何，浮动双VAWT都会被动地倾斜到最佳角度，两个涡轮机开始朝相反的方向转动，从而有效地将"定子"中"转子"的转动速度提高一倍。前WWW首席执行官特龙-卢达尔（TrondLutdal）告诉我们："可以认为这是一种将发电量增加一倍的方法，也可以认为是一种将发电机成本降低一半的方法。因此，它的成本更低，可扩展性更强，而且任何维护都是在底部进行，而不是在数百英尺高的空中。"这种风塔可以扩展到前所未有的规模和功率。风对结构产生的扭力被两个相反的旋转有效中和。此外，每个转子的锥形扫描降低了叶片尖端的速度，并减少了后面产生的尾流效应，因此在实际的风力发电场中，该公司表示它们可以部署在更近的距离，从给定的区域产生更多的能量，并减少连接电缆。WWW公司表示，利用一些有趣的材料选择，该公司看到了将这些设备扩展到400米（1312英尺）高的清晰路径，届时单个塔架可产生40兆瓦的巨大能量，几乎是世界上最大风力涡轮机能量的两倍，更重要的是，到2027年，它可将海上风力发电的平准化能源成本（LCoE）大幅降至50美元/兆瓦时以下，这还不到普通水平轴塔架成本的一半。因此，它们的前景非常令人兴奋，也非常引人入胜，这也是为什么我们很高兴地听说该团队已经与挪威最大的工业建筑集团之一AFGruppen签署了一份协议，开始测试一个小规模的原型。AFGruppen公司与WorldWideWind公司签署了一项协议，将对该设备的第一台原型机进行测试。19米长的样机将在AF位于瓦茨的环境基地进行测试，该基地坐落在挪威东南海岸美丽得令人心碎的峡湾岸边的深山中。这正是斯拉尔蒂巴特法斯特最伟大、最复杂的作品。该公司表示，下一个原型机将是更大的1.5兆瓦试验机，计划于2025年初开始测试，并希望在2030年前推出24兆瓦的商用涡轮机，如果今天推出，这将是世界上最大的海上涡轮机。WWW新任首席执行官比约恩-西蒙森（BjørnSimonsen）在一份新闻稿中说："我们非常荣幸能与AFGruppen合作测试我们的第一台原型机。我们非常感谢AF团队迄今为止给予我们的支持，也非常感谢他们让我们使用他们在Vats的院子进行测试。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393883.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393883.htm

研究人员拥玻璃涂层加固DNA 新材料强度是钢的4倍

研究人员拥玻璃涂层加固DNA新材料强度是钢的4倍虽然DNA因其密集的数据存储特性而闻名，但作为一种纳米级建筑材料，它也可以大有作为。它可以拉伸或皱缩，甚至可以自我组装成各种形状。另一方面，玻璃看似易碎，但其破碎倾向通常来自裂缝等缺陷--无瑕疵的玻璃可以坚固得令人难以置信。有趣的是，小块玻璃几乎总是完美无瑕的。新研究的研究人员正是利用了这一点。他们首先利用DNA进行编程，使其自我组装成格子状。然后将其涂在玻璃材料上，形成只有几百个原子厚的玻璃层。最终的结果是涂有玻璃的DNA细链，这种DNA细链在两种材料的支持下获得了强度，而且重量很轻，因为这些DNA细链形成了一个包围着大部分空隙的框架。上图：DNA如何自组装成晶格形状的示意图。下图：材料在不同放大倍数下的显微镜图像/康涅狄格大学科学家们在测试中发现，他们的玻璃DNA纳米晶格材料的抗压强度高达5千兆帕斯卡（GPa），这种强度是钢的四倍，但密度只有钢的五分之一。该研究的共同通讯作者Seok-WooLee说："在给定的密度下，我们的材料是已知强度最高的。"研究小组的下一步工作是对配方进行实验，包括尝试不同的DNA结构，以及将玻璃换成碳化物陶瓷等材料，看看能否使其更加坚固。该研究的共同通讯作者奥列格-刚（OlegGang）说："利用DNA创建设计好的三维框架纳米材料并使其矿化的能力，为工程力学性能带来了巨大的机遇。但在将其作为一项技术加以应用之前，我们仍需开展大量研究工作。"这项研究发表在《细胞报告物理科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373147.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373147.htm

研究人员正在探索多肽-DNA混合纳米结构 可能成为一种人造生命形式

研究人员正在探索多肽-DNA混合纳米结构可能成为一种人造生命形式与此同时，问题也随之而来：在地球上，所有生命形式都是大自然创造的，都有自己的位置和目的。南丹麦大学物理、化学和药学系的娄晨光副教授与肯特州立大学的毛汉斌教授设计了一种特殊人工杂交分子的母体，这种分子可能导致人工生命形式的产生。他们在《细胞报告物理科学》（CellReportsPhysicalScience）杂志上发表了一篇综述，介绍了其创造背后这一领域的研究现状。该领域被称为"肽-DNA杂化纳米结构"，是一个新兴领域，成立不到十年。人工生命的潜在应用娄的愿景是创造病毒疫苗（病毒的改良版和弱化版）和可用于诊断和治疗疾病的人工生命形式。"在自然界中，大多数生物都有天敌，但有些生物没有。例如，有些致病病毒没有天敌。创造一种能与之为敌的人造生命体将是顺理成章的一步，"他说。同样，在他的设想中，这种人造生命体可以作为疫苗来预防病毒感染，还可以作为纳米机器人或纳米机器，装载药物或诊断元素，然后送入病人体内。"人工病毒疫苗可能还需要10年左右的时间。而人造细胞则是箭在弦上，因为它由许多元素组成，在我们开始制造之前需要对这些元素进行控制。但是，根据我们掌握的知识，原则上未来制造人造细胞生物体没有任何障碍。"分子构件娄和他在这一领域的同事们将利用哪些构件来制造病毒疫苗和人造生命？DNA和肽是自然界中最重要的生物分子，因此DNA技术和肽技术是当今纳米技术工具包中最强大的两种分子工具。DNA技术可以精确控制从原子到宏观层面的编程，但它只能提供有限的化学功能，因为它只有四个碱基：A、C、G和T。而肽技术则可以提供足够的大规模化学功能，因为有20种氨基酸可供使用。大自然利用DNA和肽来构建细胞中的各种蛋白质工厂，使它们进化成生物体。最近，毛汉斌和娄晨光成功地将设计好的三链DNA结构与三链肽结构连接起来，从而创造出一种兼具两者优点的人工混合分子。这项研究成果于2022年发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）上。杂交结构的全球进展在世界其他地方，其他研究人员也在致力于将DNA和肽连接起来，因为这种连接为开发更先进的生物实体和生命形式奠定了坚实的基础。牛津大学的研究人员成功地制造出一种由DNA和肽组成的纳米机械，它可以钻过细胞膜，形成一个人工膜通道，让小分子可以通过。(Spruijt等人，Nat.Nanotechnol.2018，13，739-745）。在亚利桑那州立大学，尼古拉斯-斯蒂芬诺普洛斯及其同事使DNA和肽能够自组装成二维和三维结构。(Buchbergeretal.,J.Am.Chem.Soc.2020,142,1406-1416)西北大学的研究人员已经证明，在DNA和肽自我组装的同时还能形成微纤维。DNA和肽在纳米级水平上运行，因此考虑到尺寸差异，微纤维是巨大的（Freeman等人，《科学》，2018年，362期，808-813）。在内盖夫本古里安大学，科学家们利用混合分子创造了一种洋葱状球形结构，其中含有抗癌药物，有望用于体内靶向治疗癌症肿瘤。(Chotera等人，Chem.Eur.J.,2018,24,10128-10135)"在我看来，所有这些努力的总体价值在于，它们可以用来提高社会诊断和治疗病人的能力。展望未来，如果有一天我们能用这些构件任意创造出混合纳米机器、病毒疫苗，甚至人造生命体，帮助社会对抗那些难以治愈的疾病，我也不会感到惊讶。这将是医疗保健领域的一场革命。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388653.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388653.htm