分子機器

分子機器，指由分子尺度的物質構成、能行使某種加工功能的機器，其構件主要是蛋白質等生物分子。因其尺寸多為納米級，又稱生物納米機器，具有小尺寸、多樣性、自指導、有機組成、自組裝、準確高效、分子柔性、自適應、僅依靠化學能或熱能驅動、分子調劑等其他人造機器難以比擬的性能，因此研究生物納米機器具有重大意義。它可以促進生物學發現，深入認識蛋白質分子機器機制，開發生物分子機器和促進仿生學發展。

基本介紹

• 中文名：分子機器
• 外文名：Molecular machines
• 類別：設備
• 意義：研究生物納米機器

分子機器誕生

分子機器是納米研究領域的重點。2007年新年伊始，法國土魯斯材料設計和結構研究中心與德國柏林大學科學家就在美國《自然納米技術》雜誌上共同發布了一項重要成果：成功研製出可旋轉的“分子輪”，並組裝出了真正意義上的第一台生物分子機器。

“分子機器設計合成”模型

動力來源

分子機器的動力來源主要有化學驅動、電驅動和光碟機動。比如ATP合成酶轉子是由於質子的流動而旋轉，這屬於化學驅動；索烴是由於銅離子電子的得失而行使其功能，屬於電驅動；而分子蠕蟲的“前進”是光照引起了偶氮分子構象的改變引起的，這屬於光碟機動。

研究歷史

1979年 日本崇城大學的超分子化學家新海征治SeijiShinkai實現了第一例光控的“分子納米機器”

1983年 Sauvage首次使用金屬模板法誘導索烴的合成。

1994年 Sauvage合成了一例可以依靠電化學進行旋轉驅動的索烴。

從上世紀90年代起，法國土魯斯材料設計和結構研究中心就已著手研製分子機器。1998年成功合成平面分子車輪；2005年首次研製出分子發動機；2007年研製出的“分子輪”是第一台真正的分子機器。這個非常奇特的分子包括2個直徑為0.7納米，由三苯甲基分子組成，被固定在長0.6納米的軸上的“車輪”。所有分子機器的化學結構均被固定在銅基上。

研究人員確信，“分子輪”將在複雜的納米機器如分子卡車和分子納米機器人等領域占有重要位置，可用於在人體細胞內清除病灶、充當藥物運輸的人造載體及形成分子閥門等。

分子機器

從分子機器人能夠在生物體內自動生成來構想，其最初的套用似乎應是以醫療等領域為中心。比如針對病毒的分子機器人，也許可以通過研發分子鉗予以實現。加工分子鉗前端的部件，使它只能與特定的病毒相結合。而且，可以利用分子鉗那樣的分子機器人，向癌腫部位集中送達藥劑等。 隨著生物技術水準的迅速進步，這樣的生物技術藥物可能會很快地代替現有藥物，為人類創造更好的福祉，可是這些構建出來的融合蛋白還遠遠未能表達出人們所企求的結構和功能水準——人工多結構域“蛋白質機器”所應該具有的理想境界，充其量它們只能算作是蛋白質分子機器的一個雛形。現在，正有科學家試圖把如此重要的機械在分子尺寸上組裝起來，製造一種極其微小的裝置，科學家意圖使用這種裝置來操控別的分子，運用於醫學可以用來清除肌體深處的病毒、癌細胞等，它們具有不可限量的套用前景。

目前，不少國家紛紛制定相關戰略或者計畫，投入巨資搶占分子機器人這種新科技的戰略高地。《機器人時代》月刊日前指出：分子機器人潛在用途十分廣泛，其中特別重要的就是套用於醫療和軍事領域。

每一種新科技的出現，似乎都包涵著無限可能。用不了多久，個頭只有分子大小的神奇分子機器人將源源不斷地進入人類的日常生活。

相關獲獎

2016年10月5日，諾貝爾化學獎授予讓-皮埃爾·索維奇、J.弗雷澤·斯托達特和伯納德·L·費林加。以表彰其設計並建造了最小的機器“分子機器”。