登陆注册
3163300000010

第10章 分子马达

要想获得微观世界里的可以装配原子的机器,首先我们需要造出它的各个零部件。这一点和我们日常生活中所见到的机器的制造没有太大的区别,只不过这回我们要制造的部件要小得多。

平常我们见到的很多机器都有齿轮,我们能不能造出纳米尺度的齿轮呢?据海外媒体报道,日本东京大学已经研制成功了世界上第一个可自动控制转速的分子齿轮。

据介绍,这种分子齿轮的结构是在两个直径约为1纳米的卟啉分子中间夹一个直径约为01纳米的金属离子。卟啉分子主要存在于植物的叶绿素中。将卟啉分子和金属离子放人一种溶液中,并在特定的条件下将这种溶液加热,就可以制成分子齿轮。

日本专家介绍说,如果要达到实用化的目的,就必须将多个单独旋转分子齿轮结合起来,组成一个力的传动系统。因此,研究小组必须进一步研究分子齿轮的组合技术。

要想让我们得到的小机器能够工作,必须给它提供动力,这就需要制造一个小马达——分子马达。两位旅美中国学者已经在分子马达研究领域取得新的突破,首次利用单个DNA分子制成了分子马达。这一成果使得纳米器件向实用化方面又迈进了一步。

科学家曾经利用多个DNA分子制造出了分子马达,但这些马达存在着效率不高、难以控制的缺陷。美国佛罗里达大学教授谭蔚泓和助理研究员李建伟新研制出的分子马达,采用的是人工合成的单个杂交DNA分子。这种分子在一种生物环境中处于紧凑状态,但在生物环境发生变化后,又会变得松弛。谭蔚泓和李建伟进行的实验证实,采用这一原理制造出的单DNA分子马达具有非常强的工作能力,可以像一条虫子一样伸展和卷曲,实现生物反应能向机械能的转变。谭蔚泓等的成果已经在美国《纳米通讯》杂志上发表。

“在紧凑和松弛这两个状态之间进行变化,使得分子可以做功,从而可以把一些小物体从一个地方搬运到另一个地方。”谭蔚泓接受新华社记者采访时解释说。他认为,这一特性使得“分子马达可以为未来的纳米器件提供一种能量源泉”。

DNA是生物遗传物质的载体。DNA分子马达的优点是可以直接将生物体的生物化学能转换成机械熊,而不像通常意义上的马达需要电力。因此,从理论吐说,DNA分子马达可以借助一些生物化学变化而进行药物和基因等的传递,比如说,将药物分子直接输送至癌细胞的细胞膜。与多分子DNA马达相比,单DNA分子马达应用起来更为方便。谭蔚泓等的研究成果使得分子马达离实际应用更近。

研究人员指出,他们采用人工合成的单DNA分子来制造分子马达还有一个好处,即可以根据不同要求而有针对性地设计出DNA分子,使制造出的马达具备各种性能。他说:“这些马达可以有不同的效率,并且可能从而把物体搬运到更远的距离。”

现在还很难预测分子量级的马达什么时候能真正投入实用。科研人员的下一步目标,是要让单DNA分子马达真正移动一个微小物体,并进一步提高其工作效率。

此外,康奈尔大学的科学家把一些镍制螺旋桨安装在400个分子马达的中轴上。当把这些马达浸入三磷酸腺苷溶液中时,有395个马达没有动静,但是有5个开始旋转,使螺旋桨能够以每秒钟8转的速度旋转。该大学生物工程教授卡洛·蒙泰马尼奥说:“这是一台真正的纳米机器。”

由于这台马达也是从给细胞提供能量的分子中获得能量,所以蒙泰马尼奥教授认为有朝一日科学家也许能够制造出比细菌还小的机器人。这类机器人将能够修复细胞损伤,制造药物并且攻击癌细胞。

这些螺旋桨的长度为750纳米,这使研究人员能够用摄像机拍摄下螺旋桨的旋转。在一段录像中能够看到一粒尘埃被吸人螺旋桨中,后来又被打了出来。

研究人员说:“今天是螺旋桨,明天我们就能把其他的东西安装在马达上。这项技术现在正朝着实用的方向发展,这为制造在细胞中运转的机器打开了大门。它将使我们把设计好的装置与生命系统融合起来。”

《科学》杂志还描述了另外一种微观运动:一块锡在化学。力的推动下,像变形虫一样在铜的表面四处游走,留下一条由铜的合金组成的纤细轨迹。

桑迪亚国家实验所的诺曼·巴特尔特博士说:“锡块仿佛活了一样,在铜的表面到处找食吃。它会运动到光洁的区域,吃下表层的铜原子同时吐出以合金形式存在的铜原子。在微观世界中这种没有生命的系统竟然能够模仿生命系统真是令人感到惊奇。”

附在这篇研究报告后的评论说,实验中锡块的运动可以看成一种新的纳米马达,这个马达把化学能转化成机械能的效率大致与汽车的效率相当。

康奈尔大学的研究工作把几年来纳米技术研究的两个方向结合了起来。正如电子工程师把越来越小的晶体管刻到芯片上一样,纳米技术科学家也造出了越来越薄的雕刻晶,其中包括杠杆、柱子、悬空的电线和宽度为100个硅原子的一个吉他模型。但是,如果没有办法使它们运动,这些结构充其量也只能算微型艺术晶。

美国哈佛大学前不久研制出一种新型的微型工具,它成功地抓住了直径约500纳米的聚苯乙烯原子团,人们称它为纳米镊子。

这种镊子终有一天将成为微细工程的得力工具,如用来拨弄生物细胞,制造纳米机械,进行显微外科手术,也可以从大量缠住的导线上取下20纳米线宽的半导体导线等等。这种镊子的工作端是一对由电控制的纳米碳管。由于纳米碳管不仅强度高,而且导电性好,因此也可用于测量,例如测量纳米组织的电阻。

以前,日本科学家曾研制出一对化学镊子,也能一次夹起一个分子。但这种化学镊子只能识别和紧紧夹住特定的分子即糖分子,对其他分子则“无能为力”。而哈佛大学的这种镊子则可以夹住任何分子。

如果有一种超微型镊子,能够钳起分子或原子并对它们随意组合,制造纳米机械就容易多了。将来这种镊子还可以成为纳米机械的一个组成部分。科学家的最新研究成果是,用DNA制造出了一种纳米级的镊子。

同类推荐
  • 中国地理读这本就够了

    中国地理读这本就够了

    地理这门学科有很强的实用性,阅读地理书籍可以让人的知识更加丰富,成为博学多闻的人。本书旁征博引,以省份为单位,分别介绍中国大陆地区各地地质地貌、气候、物产,以及民俗文化、风景名胜,可谓内容丰富、蔚然大观,让读者的每一次阅读都成为一次心灵的旅行。本书语言简练、资料权威,可以让读者快速了解国家自然与人文地理知识,兼有工具书之性质,可随用随查。如果在阅读这本书之后,使你感受到了中国地理的魅力,获得了一些启迪,那将是对我们最大的安慰与鼓励。
  • 低碳旅游:你的习惯改变的是地球的命运

    低碳旅游:你的习惯改变的是地球的命运

    低碳不仅仅是一种概念,低碳生活也不仅仅是一种时尚,它与生活息息相关,这是一件利在千秋万代的大事。节水、节电、节气,摒弃高碳模式,崇尚低碳生活……就是身边这些不起眼的小事可以让低碳生活变为现实,让我们为低碳环境、绿色地球作出自己的贡献!地球是我们共同的家园,白云蓝天、雾霭流岚、花香鸟语、蝶舞莺飞……如此美丽的环境需要我们共同的呵护。不要让小河的水总是恶臭,不要让机动车的尾气令人掩住口鼻,不要让草丛里的塑料袋不计其数……让我们牵起手,从一点一滴的小事做起,使地球更美丽,更精彩。
  • 飞碟探索30年

    飞碟探索30年

    将《飞碟探索》自创刊起,30年来的所有有关飞碟的尘封的或最前沿的珍贵资料悉数整理披露,首次集结成书权威曝光!40万字精华、经典记录,近百位专家、发烧友目击、研究纪录,并配有数百幅珍贵飞碟秘照,向读者系统、全面、直观地解读中外飞碟探索之旅。维基解密、霍金理论、地下实验、争议目击、神秘劫持……起源!事件!风声!秘密!真相!国内第一飞碟杂志30年研究精华结晶!为您一一探秘飞碟及外星人的前世今生。这是一本足以让飞碟“发烧友”大呼过瘾的飞碟圣经。
  • 扑朔迷离的化学宫殿(科普知识大博览)

    扑朔迷离的化学宫殿(科普知识大博览)

    化学是研究物质的。世界上那形形色色的物质,是由什么构成的呢?这个自然科学中最根本的问题,在古代就引起了人们的注意。公元前5世纪,我国的大学问家庄子就说过:"一尺之棰,日取其半,万世不竭。"意思是说,一尺长的短棍,若每天截取一半的话,是永远也截取不完的。
  • 不可不知的世界5000年灾难记录

    不可不知的世界5000年灾难记录

    本书从旱灾和饥荒、无法抗拒的火山和海啸、无情的战争和种族屠杀、地震灾难、剧烈的污染、飓风和洪水灾难、可怕的传染病、海难、空难以及特大火灾等方面入手,阐述了灾难给人们带来的刻骨铭心的痛,告诉人们灾难背后的故事,希望读者通过这些触目惊心的案例,能唤起历史的记忆,牢记历史的经验教训,保护自己,也保护人类,并珍惜现在的生活。
热门推荐
  • 部落种田美男多

    部落种田美男多

    穿越到了蛮荒原始的部落时代,乔薇薇表示智脑在手天下我有。形形色色的美男们,等着我乔薇薇的征服吧!
  • 我们三个都是穿越来的

    我们三个都是穿越来的

    我是因为看了很多的穿越小说,也很想穿越。谁想我想想就能穿越,穿越就穿越吧,居然穿成怀孕九月的待产产妇,开玩笑嘛!人家在二十一世纪还是黄花一枚呢。这也可以接受,可是明明是丞相之女,堂堂四皇子的正牌王妃怎么会居住在这么一个几十平米得破落小院子里,她怎么混的,亏她还一身绝世武功,再是医毒双绝。哎。没关系,既然让我继承了这么多优越条件,一个王爷算得了什么?生下一对龙凤胎,居然都是穿过来的,神啊,你对我太好了吧?且看我们母子三人在古代风生水起笑料百出的古代生活吧。片段一在我走出大门时,突然转身对着轩辕心安说道:“王爷,若是哪天不幸你爱上了我,我定会让你生不如死的。”然后魅惑地一笑,潇洒地走了出去。片段二当我对着铜镜里的美人自恋地哼出不着调地歌时。“别哼了,难听死了。”一个清脆的声音响起。~~~接着一声尖叫紧跟着另一声尖叫。我用上轻功躲进了被子里.~~~"我和你一样是二十一世纪来的。”“你好,娘亲,哥哥,以后要多多指教。”来自两个婴儿的嘴里,我摸摸额头,没高烧啊。片段三“小鱼儿,我可是你孩子的爹,况且我没有写休书,你还是我的王妃。我会对你好的。”安王爷霸道地说道。“你们认识他吗?他说是你们的爹?”我问着脚边的两个孩子。“不认识,”女孩说道。“我们的爹不是埋在土里了吗?怎么他一点也不脏?”男孩问道。那个男人满头黑线。“对不起,我们不认识你。”说完拉着孩子转身就走。片段四“爹爹,这是我娘,你看漂亮吧?”南宫心乐拉着一个白衣帅哥进来问道。我无语中。“爹爹,你看我娘亲厉害吧?“南宫心馨拉着另外一个妖精似地男人走了进来。我想晕。“这才是我们的爹。”“才不是呢,这个才是”两人开始吵起来了。“我才是你们的爹。”安王爷气急地吼道。“滚一边去。”两个小孩同时说道。屋里顿时混乱之中。转头,回屋睡觉去了。推荐完结文《别哭黛玉》完结文《穿越之无泪潇湘》新文,《极品花痴》
  • 锦上花

    锦上花

    安国公府的五小姐知书达理,貌美如花,还做得一手出神入化的药膳,不只把病弱的兄弟养得白白胖胖,还调理好了老皇帝的陈年旧疾。人人都说,五小姐前程似锦,将来必有不得了的造化,前来求娶者恨不得踏破国公府的门槛,谁料她纤手一指,却嫁了本朝最恶名昭彰的京城一霸。这是一对互相嫌弃的冤家从相杀到相爱的有趣故事~
  • 办公室秘战:在人脉角逐中平步青云

    办公室秘战:在人脉角逐中平步青云

    在办公室里,如果你想要更快地晋升,想要平步青云,就必须学会从现在开始积累和拓展你的人脉。因为,在职场中人脉就是你的命脉,谁掌握的人脉越多谁在职场中的优势将越大。
  • 尸心不改

    尸心不改

    控尸门的欢乐二缺弟子江篱炼了一具美得人神共愤引得天雷阵阵的男尸,以为好日子开始了,结果没想到门派惨遭灭门。--情节虚构,请勿模仿
  • 请真爱

    请真爱

    我们是一群精灵,一群发疯的精灵,一群即将吞噬整个星球的精灵!
  • 外星人大图说(天文科学丛书)

    外星人大图说(天文科学丛书)

    《天文科学丛书:外星人大图说》主要包括外星人丢失的婴孩、外星人青睐地球人、外星人目击报告、外星人频访美国等内容,具有很强的系统性、科学性、前沿性和新奇性。
  • 混沌至尊

    混沌至尊

    莫名的穿越异世,俯身废材身上。美女呢?功法呢?奇人异事呢?统统都没有,身为废材又偏偏得到绝世功法,看着心花怒放,却让人各种纠结。不在纠结中爆发,就在纠结中灭亡?你是绝世妖孽,你有大运在身如何?怎敌我一颗赤裸裸的至尊无敌之心。看你如何嚣张的起来!
  • 沉默猎杀

    沉默猎杀

    光怪陆离的模特大赛暗潮汹涌。漂亮女模与有钱男人不断被杀。苏小慢介入调查,身陷迷局。陪聊女白狐,隐秘的春女会馆,和被杀女模的高中校长一一被牵出。在这场有钱人的猎艳游戏中,谁才是主宰她们命运的魔鬼?
  • 犹太人一生信奉的传世智慧

    犹太人一生信奉的传世智慧

    在精明的犹太人眼中,任何有价的东西都能失而复得,只有智慧才堪称人生无价的财富。犹太家庭的孩子们,在成长的过程中,几乎都要回答这样一个问题:假如有一天你的房子被烧,你的财产被人抢光,你将带着什么东西逃命?小孩如果回答是钱、钻石或是珠宝。犹太母亲就会接着问:“有一种没有形状、没有颜色、没有气味,任何人都抢不走的宝贝,你知道是什么吗?”要是孩子回答不出来,大人就会告诉他:“孩子,你要带走的不是金钱,也不是钻石,而是智慧,智慧是任何人都抢不走的。它比金子、宝石更值钱,只要你活着,智慧就永远跟着你。”