分子机器: 通向纳米世界的捷径

相信很多人对“大哥大”有着深刻的印象——它是对20世纪70年代面世的手提电话的俗称。现如今，功能强大、小巧玲珑的4G智能手机，已经普及到老百姓的日常生活中。应该说，20世纪人类最重大的成就之一，就是卓有成效地使用各种手段，从大块物质出发制造出越来越微型化的产品。这种所谓“由上至下”的思路在电子工业中体现得尤为明显。

然而，传统机械加工技术限制了“微型化”的继续发展。有没有办法进一步缩小产品的尺寸呢？纳米计算机、纳米机器人能够被制造出来吗？

化学家们为制造行业提供了一种截然不同的思路，即“由下至上”的制造方法：从分子水平出发，构造出能够完成某种特定功能的分子器件，把宏观器件的概念扩展到分子水平。

从目前的研究进展来看，凡是无机半导体所具有的功能，几乎都能在分子水平上找到相应的器件，如分子导线、分子整流器、分子晶体管、分子开关、分子二极管等，这些纳米级的分子团和传统电子元器件具有完全相同的功能。由分子材料代替半导体材料、由分子工程代替电子工程，在电子工业中已是大势所趋。在这些分子机器的基础之上，化学家们正朝着纳米计算机的方向不懈努力。

进入新世纪以来，化学家们以超乎寻常的想象力和坚忍不拔的毅力，制造出了各种各样的分子机器：第一把分子剪钳只有3纳米长，但在紫外光和可见光的作用下，能够可控地夹钳分子。

还有分子马达。具有应用价值的分子马达必须是单向旋转并可控的，化学家们也已经制造出了这种分子机器——最小的分子轮的尺寸还不到1纳米，却真正实现了分子滚动前行，而不是简单的分子滑动。而最小的分子车和真正的汽车一样，拥有能够转动的轮子，它的体积是如此之小，即使两万辆分子车并列行驶在一根头发丝上，也不会发生交通拥堵。

受大脑神经元工作原理的启发设计出来的分子大脑，其运算速度将有可能比普通晶体管计算机快1000倍。

能想象吗？在将来的某一天，由这些分子机器组装起来的纳米机器人，有可能带着药物在人体的病灶上精准给药，或在对基因进行精细修复……万事皆有可能，“不可能”也会变成“不，可能！”

（作者沈旋 系南京工业大学化工学院教授）