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激进想法疑无出路(走进纳米技术<三>)

字号+作者:参考消息 来源:参考消息 2001-10-24 08:00 评论(创建话题) 收藏成功收藏本文

激进想法疑无出路(走进纳米技术) 粘擦和装配器 通过制造与我们已经发明的大型机器相似的微型产品,我们有望达到分子纳米机器令人惊叹的效率吗? 许多有趣问'...

激进想法疑无出路(走进纳米技术<三>)


粘擦和装配器
通过制造与我们已经发明的大型机器相似的微型产品,我们有望达到分子纳米机器令人惊叹的效率吗?
许多有趣问题阻碍具有活动部件的纳米装置的组建。关键的一个问题是摩擦和粘连(提到小设备时,有时用“粘擦”一词)。因为小型设备的表面积体积比很大,因此,与大型机器相比,表面效应———有利有弊———对它们来说要重要得多。一些此类问题最终能得到解决,如果值得这样做,但是,目前出现了艰巨的技术难题。我们无疑会在发展模拟常规机器的更复杂的微型机器和纳米机器的道路上取得进步,但是,如果要大量生产符合任何实际用途的纳米机器设备,我们还有很长的路要走。没有理由认为纳米机器必须模仿大型机器。
这些系统能自我复制吗?目前,我们不知道如何建造任何体积或类型的自我复制机器。根据最新的生物研究结果,我们得知,活细胞中尺寸最小的复杂结构会保持自我复制的功能:大约300个基因组成的系统就足以进行自我复制。我们尚未迈出纳米生物体系自我复制研究的第一步。
具有捡放钳的装配器通过忽略建造纳米机器和自我复制的许多困难而消除了这些问题:通过一次放置一个原子的方法,构建能形成任何结构的机器解决了组建方面最伤脑筋的问题。然而,从化学家的角度看,这种装配器似乎不切实际。只需考虑两个约束条件。
首先是装配器的钳,或钳夹。如果它能非常灵活地捡起原子,那么,它应该比原子小。但是,这种钳夹必须用原子制成,所以要比它捡放的原子大。第二是原子的性质。原子,特别是碳原子,与临近分子结合得很牢固。从原子的位置上将其拉动需要很大能量(能量供给的问题),而将其放置在某个位置上又会有很大能量释放(冷却的问题)。
如果纳米级潜艇建成,它们能发挥作用吗?常规潜水艇通过结合助推器———不停旋转,在向后推水的同时推进潜艇。游动的细菌实际上在利用鞭毛,该结构看上去更像是螺旋弹簧或鞭子,却发挥了类似助推器的功能。通常,它们并不沿着特定路线运行,而是横冲直撞,如果一切顺利,它们基本会向食源方向运动。对于纳米级物件来说,即便能构建助推器,一个重要的新问题出现了:受到水分子的任意冲撞。
这些水分子比纳米级潜艇小,但又不会太小,它们在纳米阶段的热运动是很激烈的。与其相撞会使纳米级物件迅速反弹(这个过程称为布朗运动),却没有一定的方向:在一定路线上运动的任何努力都会因为与快速运动的水分子的不断撞击而受到阻碍。
微型机器最终会被研制出来,但是,用来制造它们的方法,以及它们的用途尚未确定。生物学提出了一系列发展成熟的例子:在活系统中,纳米机器确实存在,它们确实发挥极为精密的功能。显而易见的问题是,用于制造这些纳米机器的方法与那些用于制造常规机器的方法有何区别。
在考虑如何以最佳方式制造纳米机器时,我们发现两个有限的方法。第一是应用现有的———存在于细胞中的———纳米机器并对之进行研究。
第二是从头开始并独立研制基本的新型纳米系统。生物学已经提供了一种组建并合成有机纳米机器的实用方法,没有理由认为没有其他方法存在。
纳米级潜艇问题
如果一种新系统——任何系统——能利用环境中存在的物质进行自我复制,它将会引起关注。但是,我们现在已充分认识到,我们距离模拟纳米生物系统中的自我复制有多远。在我看来,以装配器为基础的构建方式并不是一种可行的策略,从而不应是人们关注的问题。在可预见的未来,我们对灰色甜蜜没什么可担心的。(下)
图片:
核糖体沿着一串RNA读取数据,以获取指令把形成蛋白质的氨基酸连在一起。

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