伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究团队通过高分辨率分子动力学模拟证明，在碳纳米管内旋转的DNA双螺旋可以逆浓度梯度输送水和离子，这是阿基米德螺旋（人类最古老的泵送机制之一）的分子级版本。
这项以预印本形式发表在bioRxiv上的研究表明，螺旋泵（2000多年前为灌溉提水而发明）的原理可以转化到重力和惯性可忽略不计的尺度。
工作原理
DNA双链在纳米尺度上充当阿基米德螺旋的螺旋叶片。当在碳纳米管内旋转时，DNA的自然螺旋形状会舀起水和离子，将其输送到管中。不同货物的机制不同：水的输送主要由旋转双链的立体形状驱动，物理扫掠运动拖曳水分子；离子的输送（特别是阳离子）更快，由带负电的DNA骨架与带正电的离子之间的静电相互作用驱动。
关键在于，扭矩驱动的双链可以逆浓度梯度（从低浓度到高浓度）移动离子，这是泵的定义特征，也是使阿基米德螺旋原理在分子尺度上具有意义的特性。
旋转诱导的离子通量取决于特定的阳离子类型，这提出了纳米尺度离子分离的可能性。
目前仅为模拟
这项由UIUC物理系的Xavier Mleziva、Christopher Maffeo和Aleksei Aksimentiev开展的研究完全是计算性的。正如Julia Vaz在《科学》杂志新闻文章中所指出的，”在碳纳米管内安装并固定DNA双螺旋”的工程挑战在现实世界中仍未解决。目前尚未有实验实现得到证实。
重要性
这是首次证明宏观泵原理可以利用天然生物螺旋在分子尺度上运行。宏观泵依赖重力和惯性，这些力在纳米尺度上实际上为零，因此这种转化绝非易事。
如果实验实现能够达成，潜在应用包括在微小尺度上移动分子的芯片实验室技术、生物物质的分离和浓缩以及分子尺度流体处理。
该研究由美国国家科学基金会（ID-2411133）资助。
免责声明：基于未经同行评审的bioRxiv预印本。该研究完全是计算性的（分子动力学模拟），没有实验实现。
婷 翻译
来源：
1. Mleziva X, Maffeo C, Aksimentiev A. “DNA: A Nanoscale Archimedes’ Screw.” bioRxiv. 2026. DOI: 10.64898/2026.06.25.734429
2. 转载自《科学》AAAS。https://www.science.org/content/article/dna-could-act-famed-gravity-defying-pump