建造未来的纳米工厂

Building tomorrow's nanofactory

英国科学家最近获得250万英镑资助用于研发一种纳米机械，该机械能够一个分子一个分子地合成物质。尽管人类产生研制这种机器人的构想已长达半个世纪，目前还没有这类机器人面世，将来也未必能真能加以实现。不过今年秋天，随着工程与物理研究理事会（EPSRC）对三个相关研究项目提供资金资助，英国的研究者们开始朝这个目标进军了。

其中由利物浦大学的Rasmita Raval领导的一个研究项目，设想发明一种能够用计算机引导分子或原子簇进行所期望移动的机械。扫描电镜已经可以做到推动物质表面的原子并拍摄实验结果。现在的目标，是把这一应用拓展到3D的维度，来构建一个由原子构成的结构网络。

“组装者”可以模仿核糖体，它是细胞的蛋白质工厂 © The Protein Databank

诺丁汉大学的物理学家Philip Moriarty是该研究的合作者，他向本刊解释说，他们的想法是将扫描探针显微镜和自组装工艺联合应用。理论上，在探针尖进入时其周围产生的隧道电子流能改变那些附着在纳米粒子表面的分子的构象。这种构象变化，就像一波正在倒下的多米诺骨牌，会在纳米粒子各部位引发化学或者物理反应。

在Moriarty和其他物理学家致力于研究探针尖改良和调节从探针尖传递到纳米粒子的能量时，该小组的化学家们正兴奋地尝试组织那些通过一系列探针构建的分子自组装结构。“如果这么做可行，将改写纳米技术的定义，” 格拉斯哥大学的无机化学家Lee Cronin说。他所指的定义是十九世纪八十年代由美国工程师Eric Drexler给出的，Drexler建议说纳米技术可用于制造“组装者”那样的微型机械，它们能拖动周围的原子和分子来复制其自身或其他有用的设备。

在布鲁内尔大学（Brunel University）Harris Makatsoris领导的一个相关研究项目中，计算机科学家和化学家们希望开发出一种计算机语言来引导设想中的纳米-组装者（nano-assembler）在没有人为干预的情况工作。

返回生物学

另一个由牛津大学Andrew Turberfield领导的工程与物理研究理事会项目倾向于从生物角度来看待这个问题。他的小组正在模仿自然界的物质生产者：依据信使RNA的一条链上的信息来组装蛋白质的核糖体。Turberfield告诉本刊记者，他计划制造出一种能像人工合成的核糖体一样工作的机械。就如天然的核糖体那样，人工合成的核糖体也会依照指令带（instruction tape）工作，只不过所用的指令带是一种商业固相合成的人工DNA而不是RNA。这种机械能够读取指令带，制造出另一链分子并将它们按照顺序连接，正如天然核糖体所做的那样。这个分子制造工厂的每个组成部分都是分子。

Turberfield说目前研发的设备将成为支持其观点的一个证据，并有可能被用于实验室中高通量的分子生产，但不会是大规模生产。他说“我们的宏伟目标是将来搭建的系统可以直接供终端用户使用，就像塑料瓶里的化学品”。 

纽约大学的化学家Nadrian Seeman表示，他的小组过去一直致力于对相似概念进行研究，不过根据他的经验，“想让化学工作达到比DNA化学更复杂是非常困难的。”

这些雄心勃勃的研究项目将被资助到2010年，它们是今年一月在南安普顿外的一家饭店里研讨出来的。当时科学家和工程与物理研究理事会的成员们参加了一个名叫“理想工厂”的研讨会，期间人们完全自由地对一些可能还没有通过常规同行评议获得经费资助的大胆设想进行了讨论。工程与物理研究理事会的研究与创新部经理Philippa Hemmings说，“人们总是认为，响应申请的资助模式总是愿意规避风险”，而工程与物理研究理事会希望促进“革命性的研究”。她解释说，这将鼓励科学家进行超越当前研究视野的思考并积极寻求新的合作。

Richard Van Noorden

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