科学家观察活体细胞以催生纳米机器人
2015-02-13 19:50:40   来源：微迷   评论：0   点击：

目前量产的机器中最小的就是微机电系统（MEMS），不过新一代的纳米机器人（nano-robots）与纳米机器（nano-machines）还会比MEMS小一千倍；然而美国哥伦比亚大学教授Henry Hess表示，要实现这种纳米等级的机器还得克服一个障碍。

“我们的研究是受生物领域的纳米机器启发，例如让心脏肌肉运作的动力蛋白；MEMS器件是因为不易老化所以能不停运作，心脏持续跳动则是因为不断复苏的过程。”Hess表示：“两者是用非常不同的方法来达成足够的寿命，而这可能是实现可用的机械活性分子元件的关键。我要特别强调是分子元件（molecular devices）──比目前的MEMS之横向尺寸小一千倍。”

Hess与哥伦比亚大学博士后研究员Catherine Do，以及从哥大博士班毕业、目前为Jacobs Technion-Cornell研究所创新院士的Emmanuel Dumont，尝试繁殖纳米机器“移动零件”；例如事实证明活细胞会利用纳米级的运输系统──分子梭──沿着微管（microtubules，细胞内的聚合物支架）运行，扮演由驱动蛋白推进的载体，将分子运送到其他目的地。

遗憾的是，Hess与他的同事发现，分子机器在上述的运作过程中会出现耗损的情况，使得纳米机器的实用度与MEMS器件比起来相对有限；MEMS元件甚至在重复了上百万次相同动作后，也不会有明显的性能下降。做为第一个观察分子机器老化过程的研究团队，他们用汽车达成百万英里耐久性的模式来进行测量。

研究团队发现，分子机器的大概在移动1公里之后就会开始老化──这对较长程的应用，例如监测、仪器、精密外科手术工具以及纳米机器人等应用来说是个坏消息。Hess表示：“现在我们已经量化了纳米系统中的耗损过程，并打算开发抵抗耗损的策略。”根据对活体细胞的观察，研究团队发现其内部的纳米机器能藉由持续替换耗损零件的进化机制来抵抗（早发性的）老化与疾病；若要打造纳米机器或纳米机器人，就必须要克服老化问题。

图中是直径25纳米、微米长度的微管，以及微管蛋白二聚体

Hess表示，纳米机器的应用包括人造肌肉、多功能材料以及生物领域的纳米机器人；不过要实现以上应用，必须要找到性质与活体细胞内天然纳米机器相似的合成材料，而且那些材料得模彷活体细胞会持续自我修复的过程，才能拖延其功能下降的过程、扩展生命周期。