分子機(jī)器人

　　簡介

　　分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人是人類征服自然的整個(gè)宏偉藍(lán)圖中最富有想像力和創(chuàng)造力的部分，而且運(yùn)用于醫(yī)學(xué)可以用來清除肌體深處的病毒、癌細(xì)胞等，它們具有不可限量的應(yīng)用前景；而分子機(jī)器人的研發(fā)已成為當(dāng)今科技的前沿?zé)狳c(diǎn)。

　　基本定義

　　“機(jī)器人”這個(gè)詞的含義在辭書中可以看到，有的辭書將機(jī)器人稱為“把操作和作業(yè)作為目的，能自動(dòng)運(yùn)行的機(jī)械或裝置”，諸如此類，不限于所謂“人形機(jī)器人”。在廣義上，能夠自動(dòng)進(jìn)行各種各樣操作的機(jī)械都可稱為機(jī)器人。而所謂“分子機(jī)器人”，就是把數(shù)十個(gè)或者數(shù)百個(gè)原子組合起來制成的機(jī)器人。

　　研究

　　制造分子機(jī)器人的最初構(gòu)想要回溯到1950年。美國著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼第一次提出，未來可以制造微小機(jī)械讓其能夠?qū)嵤└鞣N各樣的作業(yè)。盡管費(fèi)曼并沒有提出分子機(jī)器人的具體概念，但是從那以后，制造分子機(jī)器人就成為人類夢寐以求的向往。

　　不過科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程并非輕而易舉，不管怎么說，科學(xué)家研究的對象——分子，尺寸只有1納米，把這個(gè)尺度上的東西組裝起來其難度可想而之，而且科學(xué)家組裝起來的還必須是“把操作和作業(yè)作為目的，能自動(dòng)運(yùn)行”的機(jī)械。比如科學(xué)家就可能制造與病毒做斗爭的分子機(jī)器人，這些病毒嚴(yán)重威脅著人類健康?？茖W(xué)家可以把這種分子機(jī)器人送入人體內(nèi)，剔除構(gòu)成病毒的分子，或摘除病毒或?qū)ζ溥M(jìn)行摧毀。也許和“人形”絲毫不沾邊，但是分子機(jī)器人給人們實(shí)至名歸的印象。

　　組成

　　自然界中的分子機(jī)器人令人吃驚之處在于，它們是完全自動(dòng)組裝而成的，只要材料和環(huán)境條件具備，就能輕而易舉地自動(dòng)組裝成分子機(jī)器人。目前（2009年8月）人類掌握的技術(shù)已經(jīng)能夠在物質(zhì)的表面一個(gè)一個(gè)地移動(dòng)原子，但是要利用這種技術(shù)制造分子機(jī)器人能力還有所不及。

　　基因結(jié)構(gòu)

　　目前（2009年8月）的分子機(jī)器人生物技術(shù)方法不僅僅能對結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行修飾，它還能夠?qū)ψ匀唤绱嬖诘拇罅康鞍踪|(zhì)進(jìn)行改造。通過引入一些特定的變化來修飾一些特定的蛋白質(zhì)，就可形成一個(gè)綜合多種功能的蛋白質(zhì)分子。最常用的方法是用DNA重組技術(shù)將表達(dá)不同多肽或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的基因組合起來，形成一個(gè)攜帶所有基因功能的融合蛋白。只要在折疊形成活性結(jié)構(gòu)的過程中這個(gè)融合蛋白內(nèi)的各個(gè)功能結(jié)構(gòu)域不相互阻礙，該蛋白就有可能表現(xiàn)出人們在設(shè)計(jì)時(shí)希望它具有的生物功能。

　　構(gòu)建

　　四川大學(xué)華西臨床醫(yī)學(xué)院生物膜與膜蛋白實(shí)驗(yàn)室主任丘小慶和他領(lǐng)導(dǎo)的研究集體進(jìn)行了研究，他們以數(shù)種細(xì)菌信息素、抗體模擬無核大腸菌素等為模本，構(gòu)建了數(shù)種融合蛋白，這些蛋白質(zhì)將搭載藥劑，直接送往癌變細(xì)胞將其殺死。

　　為了實(shí)現(xiàn)建造“多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)分子機(jī)器”的夢想，丘小慶等所做的第一個(gè)嘗試是構(gòu)建由兩種蛋白質(zhì)片段組合而成的一個(gè)融合蛋白。通過對該融合蛋白的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，讓這個(gè)融合蛋白產(chǎn)生出所期待的、能夠選擇性攻擊某一種細(xì)胞的靶向攻擊能力。在實(shí)現(xiàn)了對原核細(xì)胞的攻擊之后，丘小慶又開始夢想能否構(gòu)建出“靶向”攻擊真核細(xì)胞的有效活性物質(zhì)，它們有可能發(fā)展成為一系列新型抗菌和抗腫瘤藥物。

　　應(yīng)用

　　前（截止2009年8月），分子機(jī)器人的種類是有限的。從分子機(jī)器人能夠在生物體內(nèi)自動(dòng)生成來設(shè)想，其最初的應(yīng)用似乎應(yīng)是以醫(yī)療等領(lǐng)域?yàn)橹行?。比如針對病毒的分子機(jī)器人，也許可以通過研發(fā)分子鉗予以實(shí)現(xiàn)。加工分子鉗前端的部件，使它只能與特定的病毒相結(jié)合。而且，可以利用分子鉗那樣的分子機(jī)器人，向癌腫部位集中送達(dá)藥劑等。隨著生物技術(shù)水準(zhǔn)的迅速進(jìn)步，這樣的生物技術(shù)藥物可能會(huì)很快地代替現(xiàn)有藥物，為人類創(chuàng)造更好的福祉，可是這些構(gòu)建出來的融合蛋白還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能表達(dá)出人們所企求的結(jié)構(gòu)和功能水準(zhǔn)——人工多結(jié)構(gòu)域“蛋白質(zhì)機(jī)器”所應(yīng)該具有的理想境界，充其量它們只能算作是蛋白質(zhì)分子機(jī)器的一個(gè)雛形?，F(xiàn)在，正有科學(xué)家試圖把如此重要的機(jī)械在分子尺寸上組裝起來，制造一種極其微小的裝置，科學(xué)家意圖使用這種裝置來操控別的分子，運(yùn)用于醫(yī)學(xué)可以用來清除肌體深處的病毒、癌細(xì)胞等，它們具有不可限量的應(yīng)用前景。

　　目前，不少國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計(jì)劃，投入巨資搶占分子機(jī)器人這種新科技的戰(zhàn)略高地?！稒C(jī)器人時(shí)代》月刊日前指出：分子機(jī)器人潛在用途十分廣泛，其中特別重要的就是應(yīng)用于醫(yī)療和軍事領(lǐng)域。

　　每一種新科技的出現(xiàn)，似乎都包涵著無限可能。用不了多久，個(gè)頭只有分子大小的神奇分子機(jī)器人將源源不斷地進(jìn)入人類的日常生活。中國著名學(xué)者周海中教授在1990年發(fā)表的《論機(jī)器人》一文中就預(yù)言：到21世紀(jì)中葉，分子機(jī)器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。