《Nature》世界上首个分子机器人【易科学】

快人一步预约仪器做实验_易科学

曼彻斯特大学化学学院教授David Leigh的课题组在《自然》杂志发表论文介绍,组成分子机器人的碳、氢、氧和氮等原子总共只有150个,大小只有百万分之一毫米,将几百亿个这种机器人堆起来,也只有一粒盐那么大。但如此微小的分子机器人,却拥有机器手臂,能够根据指令操控单个分子,用机器手臂搭建分子产品。

虽然建造这类分子机器人极其复杂,但Leigh的团队所用的技术都是基于简单的化学反应,科学原理全是原子和分子相互作用,以及小分子如何构建大分子等化学知识。雷解释道,所有的物质都是由分子构成,而分子的基本单位又是原子,与组成乐高机器人的过程极其相似,只是这次换成了原子,与药物和塑料制品等合成工艺相同。

而其接受的指令是在特定溶液中进行的化学反应,科学家通过操作和编程不同的化学反应,给分子机器人发出不同化学指令,机器人对这些指令做出反应并执行一些基本任务。一旦合成分子机器人后,科学家就会通过化学反应给它们下达化学指令,就像计算机程序一样告诉它们在什么时间执行何种任务。

与汽车组装线上的机器人组装汽车主体部件类似,分子机器人能够以不同方式安装和固定分子组件,打造出不同的分子产品。而且由于非常微小,这些分子机器人具有很多优势,能降低材料需求、加速药物研发、大幅减少能源消耗及推进产品微型化等,因此未来有望在诸多领域带来令人激动的应用。

Leigh教授称:分子机器人代表了机器微型化的终极形态。我们的目标就是尽可能设计出最小的机器人。这只是开始,我们预计在未来1020年内,分子机器人将开始在分子工厂的装配线上装配分子和材料。

研究人员称,打造和操控这种微型机器人是极其复杂的,研究团队使用的技术建立在单一化学过程的基础上。Leigh教授补充道:这些机器人是借助化学过程进行装配和操控的。其中涉及了分子与原子之间的交互作用以及小型分子如何构建大型分子的科学原理。

Leigh教授称:这与科学家们使用单一化学药品制造药物和塑料品的过程相同。因此一旦这种纳米机器人被制造出来,科学家们会通过投入化学物品下达指令,就像一道计算机程序一样让这些机器人知道什么时候执行什么任务。

参考文献:

Stereodivergent synthesis with a programmable molecular machine’ Salma Kassem, Alan T. L. Lee, David A. Leigh, Vanesa Marcos, Leoni I. Palmer and Simone Pisano, Nature doi:10.1038/nature23677.

全文链接:

http://www.nature.com/nature/journal/v549/n7672/full/nature23677.html

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