作者:沈英甲

　　我们周围随处可见形形色色的工具和机械，从钳子这样的小东西到传送带、吊车这样的庞然大物。科学家正试图把对人类来说如此重要的机械在分子尺寸上组装起来，制造一种极其微小的装置，这种装置被称为“分子机器人”或“分子机器”，这种装置还能用来操控别的分子。
　　
　　分子机器人有多大?
　　
　　“机嚣人”被定义为“把操作和作业作为目的，能自动运行的机械或装置”，如此说来并不限于所谓“人形机器人”。而“分子机器人”就是在分子尺寸上制造的机器人，其长短大小仅相当于1纳米左右(1纳米是1米的10亿分之一)。原子的大小大约在0.1纳米左右，分子机器人其实就是把数十个或者数百个原子组合起来制成的机器人。
　　如果能令如此微小的分子机器人随意支配或者加工其他分子的话，那就是一件令科学家十分称心的事了，比如科学家可凭此制造出与病毒作斗争的分子机器人，把这种分子机器人送入人体内，它们就能自动xx构成病毒的分子；或者让它们去执行摧毁癌细胞的任务等等。
　　制造分子机器人的最初构想要回溯到半个多世纪前的1950年。美国xx物理学家理查德·费曼{dy}次提出，未来制造微小机械让其执行各种各样作业将成为可能。尽管费曼并没有提出分子机器人的具体概念，但是从那以后，制造分子机器人就成为人类梦寐以求的向往。不过科学技术的发展进程并非轻而易举，单单操作纳米尺度上的原子、分子就极其困难，况且科学家组装起来的还必须是“把操作和作业作为目的，能自动运行”的机械。
　　
　　分子机器人的“发动机”
　　
　　对一般机械，如汽车来说，动力是必不可少的。对分子机器人来说也是如此，若干种相当于发动机的装置正在研制中。比如偶氮苯分子，这种分子是将两个苯环用两个氮原子连接而成的。有趣的是，在不同的光照下，偶氮苯的构造会发生变化：当照射紫外线的时候，苯环之间彼此距离会缩短；当照射可见光的时候，苯环彼此之间距离会伸长。如果能让收缩和伸长这两个动作多次往复进行，那么，靠光照运行的机器人就呼之欲出了。
　　还有一种双环结构也可以充当分子机器人的“发动机”，有人把其称为分子尺寸的“智慧之环”，其构造相当于两个环像锁链一样套接在一起，在它们相交的部位嵌入金属原子(一般是铜原子)，这样就可以把它作为“发动机”使用。向双环结构施加电压或撤除电压，金属原子的电子数就会发生变化(因为发生了氧化或还原反应)，双环与金属原子结合的位置也会随之发生变化，于是这个双环结构就会往复不停地运动起来。
　　此外，在一部机械中，用于传递动力的部件是必不可少的，如果不能把发动机的动力传递给轮胎，汽车便无法行进。目前科学家已经发现了许多可以用作分子机器人类似部件的分子，其中有与分子突出部位相啮合的类似齿轮的“部件”，有以轴为中心进行旋转运动的“部件”，不一而足。
　　
　　扭转分子的“分子钳”
　　
　　目前，日本科学家研制成功了更为先进的分子机器人，这就是能够夹持分子，进而扭转使分子变形的“分子钳”。
　　分子钳的构遣是这样的，“发动机”采用前面提到过的偶氮苯，在分子钳中，偶氮苯所提供的“动力”相当于对钳子的握把。把偶氮苯的动作传递给分子钳的前端起支点作用的“部件”是二茂铁。我们知道，在机械中有一种使旋转运动平滑进行的部件，那就是轴承。与此相近，科学家在分子钳的前端采用了一种称为“锌卟啉”的部件，它具有易与碱性物质分子相结合(即发生中和反应)的性质。一旦分子钳与碱性物质分子接触，分子钳的前端就会与碱性物质分子相结合，于是分子钳便“夹紧”了分子。此时一旦照射紫外线，导致苯环收缩，这个动作通过充当支点的二茂铁传递给分子钳前端的锌卟啉，分子钳的前端就会开启；当照射可见光时，导致苯环伸长，于是分子钳前端闭合。与分子钳前端结合的碱性物质分子的形态就会因这一伸一缩，一紧一松而被迫扭转变形。
　　分子钳的开发具有重要意义，使用分子机器人对目标分子进行某些实际操作，这在世界上还是{dy}次，使分子机器人的开发迈出了关键性的一大步。
　　
　　分子机器人的制造
　　
　　目前人类掌握的技术已经能够在物质的表面一个一个地移动原子，但是要利用这种技术制造分子机器人能力还有所不及。但是分子机器人在自然界中并不罕见。就拿人体来说，其实就是微小的精密机械的组合体。DNA(脱氧核糖核酸)上记录了遗传信息的复制和蛋白质的合成。肌肉的张弛、神经网络的信息传输等，在人类所有生命活动中，如果能够从分子水平上观察，就可以看到正在运行的无数微小精密机械。
　　要人工制造分子机器人其捷径仍然是模仿生物体中的分子机器人，但是生物体中的分子机器人xx是自动组装而成的，个中机理科学家还没有xx弄清楚。由于分子机器人种类各不相同，材料姑且不论，由于温度、压力、酸碱度等条件复杂地掺杂其间，制造人工分子机器人过程难免会错误百出。
　　为了制造分子机器人，首先做出设计是必要的。比如分子钳就是把偶氮苯作为“发动机”，二茂铁作为“轴承”，锌卟啉作为“钳子”。设计结束后转入组装，将材料置入溶液中，加温的同时加入催化剂，要组装出像设计图上那样的分子机器人，一蹴而就显然不行。日本科学家制造成功分子钳最终用了1年左右的时间。
　　
　　分子机器人的应用
　　
　　分子机器人最初的应用应是以医疗等领域为中心。比如针对病毒的分子机器人，让分子钳前端的部件只能与特定的病毒相结合，达到xx病毒的目的；还有向癌肿部位集中投放药剂的分子机器人，分子钳前端携带药剂，在病患部位周围投放。
　　除了分子钳，其他种类分子机器人的研制也在进行中。比如人工细胞膜，能伸缩自如的人工肌肉等。不仅在医疗领域，在工程方面分子机器人也有应用，比如把分子机器人作为电子计算机的记忆元件，如果成功的话，就能够实现电子计算机的高性能化和小型化。再发挥一些想象，使用分子机器人将空气、水和土壤中的分子和原子重新排列，制造出粮食也有可能…