由两个分子机器复合而成的分子“钳子”

〖北京〗提起机器，许多人可能马上会联想起那些钢铁铸造的大家伙，伴随着庞大的体积与轰鸣的马达声。但是，在微观世界里，还有一种科学家正潜心研制的超微小机器——分子机器。它们的尺度只有纳米（十亿分之一米）大小，但是却有望为人类带来许多福祉。日本科学家最近成功地将两个分子机器组装在一起形成了首个分子机器复合体，在相关研究中迈出了重要一步。
　　
　　据《新科学家》杂志最近报道，来自日本东京大学的科学家KazushiKinbara与同事，日前成功地利用两个分子机器将它们组装成了一个有点像把“钳子”的分子机器，这在同类研究中还是首次。但是打开这个超微型机器Ｘ形状结构的一端，却并不会让另外一端也张开来。实际上，正如图所示，打开或收拢这个机器类似于钳子两个把手的一端（图左上侧及图右上侧），会让机器另外一端两块像鳍状踏板的结构旋转９０度。
　　
　　分子“钳子”
　　
　　科学家解释说，为这个超微型的分子机器提供动力的是紫外线与可见光。当机器受到紫外线照射时，“钳子”的两个把手就会收拢起来，另外一端的两块板状结构则呈平行状态（图右）；而当机器受到可见光照射时，“钳子”的两个把手就会打开，而另外一端的两块板状结构则会旋转到相对位置呈９０度的状态。之所以会发生这样的变化，是因为当紫外线与可见光照射到机器上时，机器中的氮原子和铁原子之间结合的化学键发生了变化，从而为“钳子”提供了运动的动力。
　　
　　长期以来，科学家一直希望能够研制出在纳米尺度范围内的超微型机器。诸如纳米机器人这样的概念，尽管在目前还可能只是科幻小说中的玩意，但在严谨的科学家眼中，它们已经逐渐成为一个渐行渐近的梦了。有朝一日，这样的小机器人真的问世之后，它们可能会在我们人体内这个大舞台中，或帮助我们疏通拥堵的血管，或者帮助我们修复受损的细胞组织，能为人类带来诸多实际的利益。
　　
　　近十年以来，科学家已经开发出了许多纳米尺度的分子机器。从由３５０个原子组成的螺旋桨，到２．５纳米大小的升降机。但是所有这些成果，还都只是理论的演示而已，并没有什么实际应用价值。而即便如此，在纳米尺度上研制出一个分子机器，也是非常困难的事情。于１９９９年发明出分子马达的波士顿大学的罗斯·凯利指出，“如果能够把两个运动的部件（分子机器）结合在一起，并试图使他们一起工作，那是相当大的成就。”因为对于最终研制出由多个分子机器组合而成的纳米机器人等而言，将两个分子机器组装在一起无疑是具有重要意义的第一步。
　　
　　当然，目前科学家依然面临许多困难。比如，分子机器依*化学键提供动力，所有的力都是在纳米尺度范围内相互作用的，与那些在大尺度上组合设计生产出来的机械设备性能有很大差别。此外，因为尺度非常小，所以对于分子机器而言，磁力作用要比重力作用更重要，因为化学键很可能受到周围的分子影响而发生变化。而且，在如此小的尺度上进行组装操作，更是难上加难了。“当你完成设计出一个可行的机械机构这一非常困难的任务之后，你还需要面对一个更加困难的任务，那就是把他们组装起来”，美国科罗拉多大学的纳米科学家约瑟夫·说：“最终的成果或许会在５０年后出现？我们还不知道。我们只是才刚刚开始而已。”
　　
　　不过，日本科学家的上述研究进展令人鼓舞。科学家说，他们下一步希望能够制造出由更多的分子机器组装而成的“更大一点”的设备，“目前研究工作正在进展中。”