諾貝爾化學獎曝“冷門”：醫(yī)療機器人和模擬生命前景可期

　　“吞下”一個外科醫(yī)生

　　“分子機器”又稱生物納米機器，構件主要是蛋白質等生物分子，具有小尺寸、多樣性、自適應、僅依靠化學能或者熱能驅動、分子調劑等其它人造機器難以比擬的性能，對促進生物學的發(fā)現(xiàn)以及仿生學具有重要意義。

　　“分子機器”是在1959年作為納米技術的概念被提出的。當時著名的物理學家理查德-費曼(RichardFeynman)就大膽預測，分子機器未來將會在納米機器人手術和定位藥物在人體內的輸送方面起到關鍵作用。他說：“雖然這個想法聽起來很瘋狂，但是如果人們能夠吞下一個外科醫(yī)生，這樣的手術會很有意思。”他描繪道，只要把這個外科醫(yī)生放進人體的血液中，他就能夠抵達心臟，并且查看哪里出了問題，然后他會拿出小刀，把不好的地方，比如腫瘤部位切除。

　　費曼的想法很快在一部科幻片中得到了體現(xiàn)。1966年美國影片《奇幻旅行》(Fantastic Voyage)講述了一個潛水艇艦隊如何微縮并注入到一個科學家的體內，為他進行血管手術從而拯救了他的生命。

　　50年后的今天，人們雖然仍然未將科幻片變成現(xiàn)實，但是費曼的預言還在被很多人努力證實。科學家們希望有一天能將化療藥物直接運輸到人體需要的部位，殺死腫瘤細胞，并且不傷害好的細胞。然而這個證明的過程是漫長的。就像這次獲得諾貝爾化學獎之一的Fraser Stoddart說的：“這不是一夜之間就能發(fā)生的，需要很長時間和優(yōu)秀人才的共同努力。”

　　事實上，在50年代和60年代時，科學家就已經嘗試著把化學的環(huán)形元素連接這鏈條，來產生向新的分子。不過一直到1983年，重大的成果發(fā)現(xiàn)了。法國人Sauvage教授成功地將兩個環(huán)狀分子連接在一起，形成了一條特殊的鏈條，即雙環(huán)化合物。通常分子是由原子間通過共享電子對構成的共價鍵形成的，但是在這個鏈條中，分子是由更加自由的機械性相互作用形成的。要想讓一個機器完成任務，必須由相互之間能夠相對移動的部件組成，Sauvage教授所發(fā)現(xiàn)的這兩個互鎖的環(huán)狀分子就是能夠相對移動的。

　　1991年，Stoddart爵士成功地合成了輪烷，實現(xiàn)了分子機器的第二步。輪烷是一類由一個環(huán)狀分子套在另一個線性分子上二形成的內鎖型的超分子體系。

　　而另外一個獲獎者來自荷蘭的Feringa教授則發(fā)明了首個分子馬達，被視作分子機器領域的標志性事件。1999年，他制作了一個分子轉子葉片，能夠持續(xù)朝一個方向旋轉。此后，他又設計了一輛“分子汽車”。

　　2011年，首輛四輪的“納米汽車”，底盤和四個輪子都是由分子構成。四個輪子能夠向一個方向旋轉，并且能在一個表面上開動。

　　2013年，英國曼徹斯特大學教授David Leigh領導的團隊制造出一臺納米機器人，能夠抓取氨基酸并把它們連接起來，就如同人體細胞的核糖那樣。

　　盡管這些發(fā)現(xiàn)都還僅限于實驗室展示，但是科研人員正在挖掘這一技術的潛力，并預測其有能力成為真正改變人們現(xiàn)實生活的應用。其中很重要的一個應用前景就在于分子機器人在生物體內的自動生成。比如針對病毒的機器人，可能會通過它的分子鉗子與特定的病毒相結合，向腫瘤部位集中運輸藥物。