南丹麦大学在分子机器研究取得新突破

分子机器(molecular machine)也称为纳米机器(nanomachine)具有小尺寸、多样性、自指导、有机组成、自组装、准确高效、分子柔性、自适应、仅依靠化学能或热能驱动、分子调剂等其他人造机器难以比拟的性能,因此研究生物纳米机器具有重大意义。它可以促进生物学发现,深入认识蛋白质分子机器机制,开发生物分子机器和促进仿生学发展。2016年诺贝尔化学奖颁给让-皮埃尔·索瓦日、弗雷泽·斯托达特及伯纳德·费林加,原因就是因为他们在分子机器上的设计及合成。用通俗的话说,就是分子变成“活”的了。化学家可以用人工合成的方法模拟生命体系,去做更复杂的与生命相关的体系,所以这是最重要的意义之一。

全世界研究分子机器的人非常多,到目前为止,主要还是偏向于基础研究,并没有真正地实际应用。尽管分子机器目前仅限于实验室展示,但科研人员正不断挖掘这一颠覆性技术潜力,并预测其有能力真正改变人们现实生活。

如果你能创造并控制一台人工分子机器?并让它执行为人类服务任务?许多研究人员都在寻找创造和控制这样分子机器的方法,世界各地的实验室里都在进行研究。

南丹麦大学研究小组开展的一项关于分子机器的科学研究,引起了人们的关注。一项研究成果在科学期刊上发表之前,必须经过科学同行评价,而在这种情况下,审稿人认为这项研究意义重大。引人关注的是,研究人员成功地获得了对分子机器的控制权,未来可能会使分子机器进行可控运动。从原理上讲,这意味着你可以把机器送到你想让它执行功能的地方。

一个例子可能是将分子机器装入药片中,用它来控制药物何时释放。

如今医药领域面临的挑战是,药物的活性成分在通过人体运输过程中必须得到很好的保护,这样它们才不会在到达体内目的地之前被降解或释放,同时它们也需要在到达目的地时及时释放。

如果在片剂中内置了分子机器,那么当片剂中的活性成分到达目的地时,分子机器就可以帮助打开片剂,让活性成分被释放出来,这样它们就可以在需要的地方完成工作。

将活性成分最佳地输送到体内的目的地,对于任何一个开发新药的人来说都是一个巨大的挑战,而要将活性成分输送到大脑中尤其困难。

所谓的血脑屏障是人体机体中最难以逾越的屏障之一。

另一个例子是将分子机器添加到表面涂层产品中,激活分子机器运动,就会改变表面特性,从而去除表面污垢。

再有就是小型计算机:分子机器有可能给我们带来比我们今天所知道的计算机小百倍的有机计算机。

  • 未来的应用是令人着迷的,但重要的是要记住,就目前而言,这是基础科学而不是应用科学。
  • 现在,当我们开始篡改自然界中最小的构件时,我们带着好奇心接近这个领域,并希望了解会发生什么。以及我们的后代在未来能找到什么用途,我们目前都无法预测。当电被发明出来的时候,没有人能够预测它将如何影响世界。在某种程度上,这里也是如此;我们面对的是我们今天可能还不能完全理解的新事物。也许50年后,人们会嘲笑我们的想法。也许这些想法会被超越。

简而言之,研究人员的突破在于,他们成功地控制了分子机器,控制其向一个方向运动。这是一个很大的进步。到目前为止,我们已经能够移动一台分子机器–但只能在两点之间移动。就像有一个只能来回旋转半圈(两点之间)的车轮一样。这并不能给汽车动力。如果你想让汽车向前行驶,车轮必须向一定的方向旋转,同理,分子机器在所需时间段内,能在同一方向上运动,也是很重要的。

南丹麦大学在分子机器研究取得新突破

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