纳米机械的过去和未来

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　　在纳米技术所允诺的成果中，微型机械总是非常引人注目。它们的吸引力是直截了当的。大的机械——飞机、潜艇、焊接机器人、烤面包机——毫无疑问是非常常用的。如果有人带着设计这些机械的理念去设计尺寸非常小的装置，又有谁知道它们能干什么呢？想象一下两种微型机械——一种和已有的机械类似，另一种则是全新的——它们已经得到了广泛的关注。前者是一个纳米尺度的潜艇，尺度仅有数十亿分之一米——这大约是数十个或者数百个原子的长度，这种机器尽管存在着争议，然而可以应用在医学方面，它可以在血液中穿行，寻找患病的细胞然后杀死它们。
　　
　　第二种机械——所谓的装配工——是一个更加激进的主意，它是由未来学家K. Reic Drexler提出的。这种机器没有与宏观物体的相似性（这是考虑其最终实用性的非常重要的一个事实）。它将是一种新型的机械——一种万用制造者。它可以制造任何结构，包括它自身，通过原子尺度的“抓取和放置”：一套纳米尺度的钳子将会从环境中抓取单个原子，然后把它放在适当的位置。 Drexler的设想预示着社会将因为微型机械而永远改变，这些机械可以在几个小时内制造一台电视机或者一台电脑，而根本不花一分钱。然而它也有危险的一面。装配工自我复制的潜力导致了所谓的“灰色粘质”产生的可能性：无数的自我复制纳米装配工制造了无数它们自身的复制品，这个过程毁灭了地球。
　　
　　纳米尺度机械的主意有道理吗？它们能被制造出来吗？如果可以，较之较大尺度的“表兄弟”，它们能够被有效的缩小吗？或者它们是否通过不同的法则运转？事实上，它们是否会毁灭地球？
　　
　　在我们回答这些令人感兴趣的问题的时候，我们还要问一个更普通的问题：什么是机械？在许多的定义中，我认为机械是一个“执行任务的装置”。更进一步，一个机械有一个设计；它是由以下的过程所创立的：它使用动力；它依靠自身被制造出来时所包含的信息而运作；尽管机械通常被认为是人类设计和意图的产物，为什么一个具有一种功能的复杂的分子系统不可以被称作一个机械，即便它是进化，而不是设计的产物？
　　
　　撇开目的论的观点，如果接受这个更广泛的定义，纳米尺度的机械已经存在，以功能分子组件的形式存在于活的细胞当中— —诸如蛋白质或者RNA分子（它们也是分子的集合）和细胞器（小的“器官”）——具有巨大的多样性和复杂程度。这个关于纳米尺度机械是否存在的问题，在若干年前生物学家已经做出的肯定的回答。现在问题是：未来纳米机械最有趣的设计是什么？它们会带来风险吗？
　　
　　细胞有一些与人类尺度机械相类似的分子机械：细菌细胞膜上的旋转马达转动着它的轴，从外表看来它类似于一个电动机。另外一些（分子机械）勉强类似于我们所熟知的机械：一个RNA 和蛋白质的组合——核糖体——如同工厂流水线一般制造蛋白质。一些分子机械与宏观的机械没有明显的相似性：一种蛋白质—— 拓扑异构酶——可以解旋缠绕在一起的双股DNA。这些细胞器在细胞中的制造过程——一种高效的大分子合成，包含分子的自我装配——可以作为经济和组织的模型，它完全不像装配工所暗示的那种毫无理性的方式。 1 2 3 4 下一页