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英國(guó)開(kāi)發(fā)出高度復(fù)雜的人造分子機(jī)器

日期:2013-01-14 09:53:59

據(jù)報(bào)道,英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)模擬自然分子的制造過(guò)程,研發(fā)出了高度復(fù)雜的人造分子機(jī)器,是目前世界上同類分子機(jī)器中最為先進(jìn)的,可謂在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)掀起了一場(chǎng)微尺度的工業(yè)革命。相關(guān)科研報(bào)告發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》雜志上。

 

此項(xiàng)研究由該校化學(xué)學(xué)院的戴維?利教授所主導(dǎo)。他解釋說(shuō),這種借助分子(鏈)來(lái)合成制造分子的機(jī)器開(kāi)發(fā)方式就像汽車(chē)廠里的機(jī)械裝配流水線。該種機(jī)器最終能夠提升分子的制造效率和成本效率,并使所有由分子水平開(kāi)始的人工制造領(lǐng)域受益。例如,科研人員正在改進(jìn)當(dāng)前的機(jī)器來(lái)生產(chǎn)盤(pán)尼西林等藥物。

 

這種機(jī)器只有數(shù)納米長(zhǎng),而且只能通過(guò)特殊的設(shè)備才能看到。它的創(chuàng)造靈感源自天然存在的復(fù)雜的“分子工廠”,如來(lái)自DNA的信息就可被用于規(guī)劃分子構(gòu)建模塊的連接,并使其處于正確的順序。在這些工廠中,最特別的當(dāng)屬核糖體,這種大規(guī)模的分子機(jī)器存在于所有的活體細(xì)胞之中。而此次的分子機(jī)器研發(fā)正是基于核糖體。它的突出特色是具有一個(gè)功能化的納米環(huán),其能在分子軌道上移動(dòng),并拾起軌道上的構(gòu)建模塊,且以特定的順序?qū)⑺鼈冞B接在一起,以合成所需的新分子。

 

首先,納米環(huán)會(huì)穿過(guò)分子鏈并借助銅離子開(kāi)展裝配過(guò)程。隨后,一個(gè)“反應(yīng)臂”將被附著在機(jī)器的剩余部分并開(kāi)啟操作。納米環(huán)會(huì)沿分子鏈上下移動(dòng)直至被前方的構(gòu)建模塊擋住去路,之后“反應(yīng)臂”將從軌道上卸除這一障礙,并將其傳送至機(jī)器上的另一位置,激發(fā)“反應(yīng)臂”上活性部位的活力。這樣納米環(huán)就能自由沿分子鏈移動(dòng),直到遇到下一個(gè)構(gòu)建模塊。如此反復(fù),就能在納米環(huán)上構(gòu)建出新的分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)所有的構(gòu)建模塊都從軌道上移除時(shí),納米環(huán)的去分子鏈和合成過(guò)程便會(huì)結(jié)束。

 

研究人員表示,目前制造出的原型機(jī)器遠(yuǎn)沒(méi)有核糖體那般高效。核糖體能夠在1秒內(nèi)連接20個(gè)構(gòu)建模塊,連接上限多達(dá)150個(gè)。而當(dāng)前他們僅用分子機(jī)器連接了4個(gè)模塊,連接每個(gè)模塊更要耗時(shí)12小時(shí)。但科學(xué)家稱,可以大規(guī)模并行推進(jìn)這樣的裝配過(guò)程,其已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用百萬(wàn)萬(wàn)億(1018次方)架同樣的機(jī)器并行實(shí)現(xiàn)了分子的構(gòu)建。

 

戴維?利說(shuō),下一步他們會(huì)致力將更多的構(gòu)建模塊囊括其中,以利用人造分子機(jī)器制造出更復(fù)雜的分子,也有望打破自然和現(xiàn)有合成方式的局限,構(gòu)造出全新類型的分子。

 


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