提起機器，許多人可能馬上會聯(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器——分子機器。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分子機器組裝在一起形成了首個分子機器復(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分子機器將它們組裝成了一個有點像把“鉗子”的分子機器，這在同類研究中還是首次。但是打開這個超微型機器X形狀結(jié)構(gòu)的一端，卻并不會讓另外一端也張開來。實際上，正如圖所示，打開或收攏這個機器類似于鉗子兩個把手的一端（圖左上側(cè)及圖右上側(cè)），會讓機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，為這個超微型的分子機器提供動力的是紫外線與可見光。當機器受到紫外線照射時，“鉗子”的兩個把手就會收攏起來，另外一端的兩塊板狀結(jié)構(gòu)則呈平行狀態(tài)（圖右）；而當機器受到可見光照射時，“鉗子”的兩個把手就會打開，而另外一端的兩塊板狀結(jié)構(gòu)則會旋轉(zhuǎn)到相對位置呈90度的狀態(tài)。之所以會發(fā)生這樣的變化，是因為當紫外線與可見光照射到機器上時，機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”提供了運動的動力。
長期以來，科學(xué)家一直希望能夠研制出在納米尺度范圍內(nèi)的超微型機器。諸如納米機器人這樣的概念，盡管在目前還可能只是科幻小說中的玩意，但在嚴謹?shù)目茖W(xué)家眼中，它們已經(jīng)逐漸成為一個漸行漸近的夢了。有朝一日，這樣的小機器人真的問世之后，它們可能會在我們?nèi)梭w內(nèi)這個大舞臺中，或幫助我們疏通擁堵的血管，或者幫助我們修復(fù)受損的細胞組織，能為人類帶來諸多實際的利益。
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器。從由350個原子組成的螺旋槳，到2.5納米大小的升降機。但是所有這些成果，還都只是理論的演示而已，并沒有什么實際應(yīng)用價值。而即便如此，在納米尺度上研制出一個分子機器，也是非常困難的事情。于1999年發(fā)明出分子馬達的波士頓大學(xué)的羅斯·凱利指出，“如果能夠把兩個運動的部件（分子機器）結(jié)合在一起，并試圖使他們一起工作，那是相當大的成就。”因為對于最終研制出由多個分子機器組合而成的納米機器人等而言，將兩個分子機器組裝在一起無疑是具有重要意義的第一步。
當然，目前科學(xué)家依然面臨許多困難。比如，分子機器依靠化學(xué)鍵提供動力，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)計生產(chǎn)出來的機械設(shè)備性能有很大差別。此外，因為尺度非常小，所以對于分子機器而言，磁力作用要比重力作用更重要，因為化學(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行組裝操作，更是難上加難了。“當你完成設(shè)計出一個可行的機械機構(gòu)這一非常困難的任務(wù)之后，你還需要面對一個更加困難的任務(wù)，那就是把他們組裝起來”，美國科羅拉多大學(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器組裝而成的“更大一點”的設(shè)備，“目前研究工作正在進展中。”
