生物學(xué)對(duì)納米技術(shù)的啟發(fā)

林　霖

納米是長(zhǎng)度單位，1納米等于10億分之1米，納米技術(shù)就是在納米的尺度范圍內(nèi)，設(shè)法組成新物質(zhì)，開發(fā)新應(yīng)用的技術(shù)。納米技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入我們?nèi)祟惖钠胀ㄉ町?dāng)中，你見過這樣的納米技術(shù)產(chǎn)品嗎？

在血管中航行的機(jī)器人

在一間明亮的實(shí)驗(yàn)室里，一排排杜瓦瓶里裝著冷凍著的軀體，等待著神秘的醫(yī)生來為他們?cè)\治。醫(yī)生來了，只見他熟練地按了幾個(gè)按鈕后，等離子顯微鏡鏡頭對(duì)準(zhǔn)了躺在病床上的病人……

一個(gè)神奇的畫面出現(xiàn)了——

▲在血管中航行的納米機(jī)器人。它正在使用納米切割機(jī)和真空吸塵器來清除血管中的沉積物。

原來神秘的醫(yī)生就是它們 ——納米機(jī)器人。它們是具有超級(jí)智能的小機(jī)器人，通過互相協(xié)作共同修復(fù)軀體被損壞的部分。此刻它們像潛艇一樣在病人的血管中潛行，一點(diǎn)一點(diǎn)地修復(fù)著病人的軀體。

納米機(jī)器人的先天缺陷

聽起來，好像科幻小說一樣，真的有這樣的納米機(jī)器人嗎？

這其實(shí)是人們將在宏觀尺度應(yīng)用的工程原理應(yīng)用到納米尺度上而產(chǎn)生的理想機(jī)器人。它有著先天的缺陷。因?yàn)閷⒃诤暧^尺度上設(shè)計(jì)的裝置（機(jī)器人）縮小到微觀尺度（納米機(jī)器人）以后，它的工作就會(huì)越來越難。

在微觀尺度上的主要運(yùn)動(dòng)阻力由粘性力引起而不是慣性力。另外，由于布朗運(yùn)動(dòng)，流體分子也會(huì)不斷地撞擊目標(biāo)，因此納米機(jī)器潛艇會(huì)不斷地被推來撞去，它內(nèi)部的部件和機(jī)構(gòu)也會(huì)在不斷的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)中被彎曲和拉伸。還有一個(gè)不同是，在納米尺度上，流體的表面張力影響將變得很強(qiáng)，所以納米潛艇很可能會(huì)被粘在它第一個(gè)碰到的流體表面上而動(dòng)彈不得。因此，在血液中航行的納米潛艇與在海水中航行的潛艇是非常不一樣的。

未來納米技術(shù)的新途徑

生物學(xué)告訴我們，生命通過數(shù)十億年的進(jìn)化，有著自身特殊的“納米技術(shù)”，而且形成了一套完整的微觀物理學(xué)體系，并達(dá)到了高度優(yōu)化的程度。

▲最初的“基本”納米技術(shù)。這是一種可以精確操縱原子的納米機(jī)器，是用堅(jiān)硬的材料制成的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制器。這種控制器可以成為用來組裝分子的納米機(jī)器的一個(gè)部件。

▲細(xì)胞生物學(xué)為我們提供了數(shù)不清的成熟的納米機(jī)器的例子。如圖中這種生物納米機(jī)器——離子通道和離子泵，可以被膜上的電壓或者信號(hào)分子驅(qū)動(dòng)，開關(guān)鉀離子通道，左為關(guān)閉狀態(tài)，右為開放狀態(tài)，因此鉀離子可以被選擇性地通過膜。

人類科學(xué)家有著可供支配的最好的材料，當(dāng)然能創(chuàng)造有效的能繁殖和適應(yīng)環(huán)境的人工生命形式。如果要實(shí)現(xiàn)這種納米技術(shù)，我們就應(yīng)該向自然界的生物學(xué)習(xí)，使用柔軟的材料來進(jìn)行研究。

那么我們?cè)鯓酉蛏锝鐚W(xué)習(xí)，并和這些納米世界的“顆?！币黄鸸ぷ髂兀?/p>

最直接的方法就是研究自然提供給我們的現(xiàn)成的裝置。我們可以分離它們的部件，例如分子馬達(dá)，然后把它們與我們的人造裝置混合組裝起來。我們現(xiàn)在已經(jīng)獲得足夠的生物學(xué)知識(shí)來分離細(xì)胞中的部件，并且了解如何在細(xì)胞外面的環(huán)境中使用它們。這種方法是較快的并且很有希望實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的方法。

具有自組裝特性的DNA分子所組建的納米尺度結(jié)構(gòu)和裝置。

對(duì)納米科學(xué)的大膽想象

從自然中獲取活的生物體，然后重新組裝它們的基本結(jié)構(gòu)并與人造機(jī)構(gòu)混合，用人造物取代體內(nèi)的活組織，這樣做，是否模糊了人和機(jī)器的界限？

我們應(yīng)該清楚這一命題意味著什么，即我們可以通過制造完全人工的生命形式來實(shí)現(xiàn)超越自然的進(jìn)化，它們將比生物體本身更好地適應(yīng)地球環(huán)境。那么，它們將會(huì)在與“常規(guī)”生命競(jìng)爭(zhēng)資源的過程中取得勝利嗎？

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也許未來的某天，人類真的會(huì)設(shè)計(jì)出比人類自身更完美的人。