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，但是卻有望為人類帶來許多福祉。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，這在同類研究中還是首次。但是打開這個(gè)超微型機(jī)器X形狀結(jié)構(gòu)的一端，卻并不會(huì)讓另外一端也張開來。實(shí)際上，正如圖所示，打開或收攏這個(gè)機(jī)器類似于鉗子兩個(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)90度。
科學(xué)家解釋說，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，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)器受到可見光照射時(shí)，“鉗子”的兩個(gè)把手就會(huì)打開，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90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，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，能為人類帶來諸多實(shí)際的利益。
近十年以來，科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出了許多納米尺度的分子機(jī)器。從由350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1999年發(fā)明出分子馬達(dá)的波士頓大學(xué)的羅斯·凱利指出，“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)器依靠化學(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)出來的機(jī)械設(shè)備性能有很大差別。此外，因?yàn)槌叨确浅Ｐ。詫?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)鍵很可能受到周圍的分子影響而發(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。“當(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”，美國(guó)科羅拉多大學(xué)的納米科學(xué)家約瑟夫·米歇爾說：“最終的成果或許會(huì)在５０年后出現(xiàn)？我們還不知道。我們只是才剛剛開始而已。”
不過，日本科學(xué)家的上述研究進(jìn)展令人鼓舞。科學(xué)家說，他們下一步希望能夠制造出由更多的分子機(jī)器組裝而成的“更大一點(diǎn)”的設(shè)備，“目前研究工作正在進(jìn)展中。”
