分子領域發展迅速,運用到生活中又會出現怎麼樣的創新呢?

2020-12-06 劉芳講科技

分子都是很小的,也是一種微觀的東西,我們可能並不了解,現在讓我們一起去了解一下吧!

要想獲得微觀世界裡的可以裝配原子的機器,首先我們需要造出它的各個零部件。這一點和我們日常生活中所見到的機器製造沒有太大的區別,只不過這回我們要製造的部件要小的多。平常我們見到的很多機器都有齒輪,我們能不能造出納米尺度的齒輪呢?據海外媒體報導,日本東京大學已經研製成功了世界上第一個可自動控制轉速的分子齒輪。

據介紹,這種分子齒輪的結構是在兩個直徑約為1納米的卟啉分子中間夾一個直徑約為0.1納米的金屬離子。卟啉分子主要存於植物的葉綠素中。將卟啉分子和金屬離子放入一種溶液中,並在特定的條件下將這種溶液加熱,就可以製成分子齒輪。

日本專家介紹說,如果要達到實用化的目的,就必須將多個單獨旋轉分子齒輪結合起來,組成一個力的傳動系統。因此,研究小組必須進一步研究分子齒輪的組合技術。

要想讓我們得到的小機器能夠工作,必須給它提供動力,這就需要製造一個小馬達——分子馬達。兩位旅美中國學者已經在分子馬達研究領域取得新的突破,首次利用單個DNA分子製成了分子馬達。這一成果使得納米器件向實用化方面又邁進了一步。

科學家曾經利用多個DNA分子製造出了分子馬達,但這些馬達存在著效率不高、難以控制的缺陷。美國佛羅裡達大學教授譚蔚泓和助理研究員李建偉新研製出的分子馬達,採用的是人工合成的單個雜交DNA分子。這種分子在一種生物環境中處於緊湊狀態,但在生物環境發生變化後,又會變得鬆弛。譚蔚泓和李建偉進行的實驗證實,採用這一原理製造出的單DNA分子馬達具有非常強的工作能力,可以像一條蟲子一樣伸展和捲曲,實現生物反應能向機械能的轉變。譚蔚泓等的成果已經在美國《納米通訊》雜誌上發表。

「在緊湊和鬆弛這兩個狀態之間進行變化,使得分子可以做功,從而可以把一些小物體從一個地方搬運到另一個地方。」譚蔚泓接受新華社記者採訪時解釋說。他認為,這一特性使 得「分子馬達可以為未來的納米器件提供一種能量源泉」。

DNA是生物遺傳物質的載體。DNA分子馬達的優點是可以直接將生物體的生物化學能轉換成機械能,而不像通常意義上的馬達需更電力。因此。從理論上說,DNA分子馬達可以藉助一些生物化學變化而進行藥物和基因等的傳遞,比如說,將藥物分子直接輸送至癌細胞的細胞膜。與多分子DNA馬達相比,單DNA分子馬達應用起來更為方便。譚蔚泓等的研究成果使得分子馬達離實際應用更近。

研究人員指出,他們採用人工合成的單DNA分子來製造分子馬達還有一個好處,即可以根據不同要求而有針對性地設計出DNA分子,使製造出的馬達具備各種性能。他說「這些馬達可以有不同的效率,並且可能從而把物體搬運到更遠的距離。。現在還很難預測分子量級的馬達什麼時候能真正投入實用。科研人員的下一步目標,是要讓單DNA分子馬達真正移動一個微小物體,並進一步提高其工作效率。

此外,康奈爾大學的科學家把一些鎳制螺 旋槳安裝在400個分子馬達的中軸上。當把這些馬達浸人三磷酸腺苷溶液中時,有395個馬達沒有動靜,但是有5個開始旋轉,使螺旋槳能夠以每秒鐘8轉的速度旋轉。該大學生物工程教授卡洛,蒙泰馬尼奧說:「這是一臺 真正的納米機器。

這些螺旋槳的長度為750納米,這使研究人員能夠用攝像機拍攝下螺旋槳的旋轉。在一-段錄像 中能夠看到一粒塵埃被吸人螺旋槳中,後來又被打了出來。

研究人員說:「今天是螺旋槳,明天我們就能把其他的東西安裝在馬達上。這項技術現在正朝著實用的方向發展,這為製造在細胞中運轉的機器打開了大門。它將使我們把設計好的裝置與生命系統融合起來。」

《科學》雜誌還描述了另外一種微觀運動:一塊錫在化學力的推動下,像變形蟲一樣在銅的表面四處遊走,留下一條由銅的合金組成的纖細軌跡。

分子技術真的是很神奇啊,以後一定會造福人類的!

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