Molekuliniai varikliai yra gyvų organizmų ląstelių aplinkoje esančių baltymų rinkiniai, kurie dėl sudėtingų lankstymo ir cheminių procesų gali atlikti mechaninį judėjimą įvairiais tikslais, pavyzdžiui, transportuoti medžiagas ar elektros krūvius ląstelės citoplazmoje arba replikuoti DNR ir kitus junginius. . Molekuliniai motoriniai baltymai taip pat yra labai svarbūs raumenų susitraukimams ir veiksmams, tokiems kaip bakterijų judėjimas sraigto varomu plaukimo judesiu. Dauguma natūralių molekulinių variklių cheminę judėjimo energiją gauna iš to paties pagrindinio proceso, kurį organizmai naudoja energijos gamybai gyvybei palaikyti – skaidydami ir sintezuodami junginį adenozino trifosfatą (ATP).
Nors pagrindiniu lygmeniu molekuliniai varikliai atlieka daug tų pačių funkcijų kaip ir elektromechaniniai varikliai makroskopiniu žmogaus mastu, jie veikia labai skirtingose aplinkose. Dauguma molekulinės motorinės veiklos vyksta skystoje aplinkoje, kurią varo šiluminės jėgos ir kurią tiesiogiai veikia atsitiktinis netoliese esančių molekulių judėjimas, žinomas kaip Brauno judėjimas. Ši organinė aplinka, taip pat sudėtingas baltymų lankstymo ir cheminių reakcijų pobūdis, nuo kurių priklauso molekulinis variklis, leido suprasti jų elgesį, kuriam prireikė dešimtmečių trukusių tyrimų.
Nanotechnologijų tyrimai atominiu ir molekuliniu mastu buvo sutelkti į biologinių medžiagų paėmimą ir molekulinių variklių, panašių į variklius, kurie yra pažįstami kasdienei inžinerijai, gamybą. Ryškus to pavyzdys buvo 1999 m. JAV Bostono Masačusetso koledžo mokslininkų komandos sukonstruotas variklis, sudarytas iš 78 atomų ir kuriam sukurti prireikė ketverių metų darbo. Variklis turėjo besisukančią veleną, kuris užtruks kelias valandas, kad padarytų vieną apsisukimą, ir buvo sukurtas suktis tik viena kryptimi. Molekulinis variklis rėmėsi ATP sinteze kaip energijos šaltiniu ir buvo naudojamas kaip tyrimų platforma, siekiant suprasti cheminės energijos perkėlimo į mechaninį judėjimą pagrindus. Panašius tyrimus vėliau baigė olandų ir japonų mokslininkai, naudodami anglį sintetiniams molekuliniams varikliams, maitinamiems šviesos ir šilumos energija, gaminti, o neseniai, 2008 m., buvo sukurtas metodas, skirtas sukurti variklį, kuris sukuria nuolatinį sukimosi momentą.
Biologiniu požiūriu molekuliniai varikliai turi įvairių funkcijų ir struktūrų sąrašą. Pagrindinius transporto variklius varo baltymai miozinas, kinezinas ir dyneinas, o aktinas yra pagrindinis baltymas, esantis raumenų susitraukimų metu, pastebimas tokiose įvairiose rūšyse kaip dumbliai žmonėms. Šių baltymų veikimo tyrimai buvo tokie išsamūs 2011 m., kad dabar žinoma, kad kiekviena ATP molekulė, kurią sunaudoja 50 nanometrų ilgio kinezino molekulė, gali perkelti cheminį krovinį 8 nanometrų atstumu. ląstelė. Taip pat žinoma, kad kinezinas 50 % efektyviai paverčia cheminę energiją mechanine energija ir gali pagaminti 15 kartų daugiau galios pagal savo dydį, nei galėtų standartinis benzininis variklis.
Yra žinoma, kad miozinas yra mažiausias iš molekulinių variklių, tačiau jis yra būtinas raumenų susitraukimams, o ATP forma, vadinama ATP sintaze, taip pat yra molekulinis variklis, naudojamas adenozino difosfatui (ADP) kaupti energijai kaupti kaip ATP. Tačiau turbūt pats nuostabiausias natūralus molekulinis variklis, atrastas 2011 m., yra tas, kuris skatina bakterijų judėjimą. Plauką primenanti bakterijos, vadinamos žiužele, nugaroje projekcija sukasi sraigto varomu judesiu, kuris būtų 45 kartus galingesnis už vidutinį benzininį variklį.