Stefan Diez 教授：分子馬達與奈米成像技術

一、核心內容摘要

Stefan Diez 教授介紹分子馬達（以 Kinesin，驅動蛋白為例）的生物物理特性，以及如何將其應用於奈米尺度成像與探測技術。

二、分子馬達的生物物理機制

• 高效能轉換：Kinesin 可將 ATP 的化學能直接轉為機械功，效率可達 50% 以上。
• 運動步法：以量子點 (Quantum dot) 標記可觀察到 Kinesin-1 以「手過手」(hand-over-hand) 方式沿微管 (microtubules) 移動，每步約 16 nm。
• 障礙規避 (Kinesin-8)：Kinesin-8 具橫向步進能力（約每 10 步縱向移動伴隨 1 步橫向），可繞過微管上障礙並抵達末端參與解聚。
• 扭力產生 (Kinesin-5)：Kinesin-5 除線性力外，能在平行微管間產生扭矩 (torque)，與細胞分裂紡錘體中的螺旋結構相關。

三、奈米成像應用

• 表面輪廓掃描：以 Kinesin 驅動微管於反射表面移動，結合螢光干涉訊號可測量表面高度至奈米級，適用於多孔或高深寬比表面。
• 近場光學探測：將量子點置於微管內並在金屬狹縫上移動，可探測光學近場 (near-fields) 強度分佈，且不干擾待測場、可避免 AFM 探針漂移。

四、結論

本講義展示如何將生物分子馬達轉化為功能性奈米探測工具，兼具細胞生物學基礎研究與光學近場探測之應用價值。