由兩個(gè)分子機(jī)器復(fù)合而成的分子“鉗子”

1、由兩個(gè)分子機(jī)器復(fù)合而成的分子“鉗子”北京提起機(jī)器，許多人可能馬上會(huì)聯(lián)想起那些鋼鐵鑄造的大家伙，伴隨著龐大的體積與轟鳴的馬達(dá)聲。但是，在微觀世界里，還有一種科學(xué)家正潛心研制的超微小機(jī)器分子機(jī)器。 它們的尺度只有納米 （十億分之一米） 大小，但是卻有望為人類(lèi)帶來(lái)許多福祉。日本科學(xué)家最近成功地將兩個(gè)分子機(jī)器組裝在一起形成了首個(gè)分子機(jī)器復(fù)合體，在相關(guān)研究中邁出了重要一步。據(jù)新科學(xué)家雜志最近報(bào)道，來(lái)自日本東京大學(xué)的科學(xué)家Kazushi Kinbara 與同事，日前成功地利用兩個(gè)分子機(jī)器將它們組裝成了一個(gè)有點(diǎn)像把“鉗子”的分子機(jī)器，這在同類(lèi)研究中還是首次。但是打開(kāi)這個(gè)超微型機(jī)器X形狀結(jié)構(gòu)的一端，卻并不會(huì)讓

2、另外一端也張開(kāi)來(lái)。實(shí)際上，正如圖所示，打開(kāi)或收攏這個(gè)機(jī)器類(lèi)似于鉗子兩個(gè)把手的一端（圖左上側(cè)及圖右上側(cè)） ，會(huì)讓機(jī)器另外一端兩塊像鰭狀踏板的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)9 0度。分子“鉗子”科學(xué)家解釋說(shuō)，為這個(gè)超微型的分子機(jī)器提供動(dòng)力的是紫外線與可見(jiàn)光。當(dāng)機(jī)器受到紫外線照射時(shí)，“鉗子”的兩個(gè)把手就會(huì)收攏起來(lái)，另外一端的兩塊板狀結(jié)構(gòu)則呈平行狀態(tài)（圖右） ；而當(dāng)機(jī)器受到可見(jiàn)光照射時(shí)，“鉗子”的兩個(gè)把手就會(huì)打開(kāi)，而另外一端的兩塊板狀結(jié)構(gòu)則會(huì)旋轉(zhuǎn)到相對(duì)位置呈9。度的狀態(tài)。之所以會(huì)發(fā)生這樣的變化，是因?yàn)楫?dāng)紫 外線與可見(jiàn)光照射到機(jī)器上時(shí)，機(jī)器中的氮原子和鐵原子之間結(jié)合的化學(xué)鍵發(fā)生了變化，從而為“鉗子”提供了運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。長(zhǎng)期以來(lái)

3、，科學(xué)家一直希望能夠研制出在納米尺度范圍內(nèi)的超微型機(jī)器。諸如納米機(jī)器人這樣的概念，盡管在目前還可能只是科幻小說(shuō)中的玩意，但在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)家眼中，它們已經(jīng)逐漸成為一個(gè)漸行漸近的夢(mèng)了。有朝一日，這樣的小機(jī)器人真的問(wèn)世之后，它們可能會(huì)在我們?nèi)梭w內(nèi)這個(gè)大舞臺(tái)中，或幫助我們疏通擁堵的血管，或者幫助我們修復(fù)受損的細(xì)胞組織，能為人類(lèi)帶來(lái)諸多實(shí)際的利益。近十年以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了許多納米尺度的分子機(jī)器。從由3 5。個(gè)原子組成的螺旋槳，到2 . 5納米大小的 升降機(jī)。但是所有這些成果，還都只是理論的演示而已，并沒(méi)有什么實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。而即便如此，在納米尺度上研制出一個(gè)分子機(jī)器，也是非常困難的事情。于1 9 9

4、9年發(fā)明由 分子馬達(dá)的波士頓大學(xué)的羅斯凱利指由，“如果能夠把兩 個(gè)運(yùn)動(dòng)的部件（分子機(jī)器）結(jié)合在一起，并試圖使他們一起工作，那是相當(dāng)大的成就。”因?yàn)閷?duì)于最終研制出由多個(gè)分子機(jī)器組合而成的納米機(jī)器人等而言，將兩個(gè)分子機(jī)器組裝在一起無(wú)疑是具有重要意義的第一步。當(dāng)然，目前科學(xué)家依然面臨許多困難。比如，分子機(jī)器依化學(xué)鍵提供動(dòng)力，所有的力都是在納米尺度范圍內(nèi)相互作用的，與那些在大尺度上組合設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)械設(shè)備性能有很大差別。 此外， 因?yàn)槌叨确浅Ｐ。?所以對(duì)于分子機(jī)器而言，磁力作用要比重力作用更重要，因?yàn)榛瘜W(xué)鍵很可能受到周?chē)姆肿佑绊懚l(fā)生變化。而且，在如此小的尺度上進(jìn)行組裝操作，更是難上加難了?！爱?dāng)你完成設(shè)計(jì)出一個(gè)可行的機(jī)械機(jī)構(gòu)這一非常困難的任務(wù)之后，你還需要面對(duì)一個(gè)更加困難的任務(wù)，那就是把他們組裝起來(lái)”，美國(guó)科羅拉多大學(xué)的納米科學(xué)家約瑟夫米歇爾說(shuō)：“最終的成果或許會(huì)在5 0年后出現(xiàn)？我們還不知道。我們只是才剛剛開(kāi)始而已?！辈贿^(guò)，日本科學(xué)家的上述