学号：1600030061 姓名：朱凌轩
【嵌牛导读】：分子纳米技术是各种分子操纵技术的总称，这些技术将纳米尺度的零件自下而上组装成宏观器件。尽管这项技术现在主要仍停留在科学幻想，但是，在去年，诺贝尔化学奖被授予三位为纳米机器的研究做出开创性贡献的科学家。这为我们带来了希望，这个领域中将看到更多的进展。
【嵌牛鼻子】：分子纳米技术 纳米机器人 生命科学
【嵌牛提问】：纳米机器人是什么？如何作用在生命科学领域
【嵌牛正文】：
为了在这种纳米机器人面世前更好地了解它们，关于微型和纳米机器人，有5点值得注意：
1. 它们难于运动，更难于靠动力行进
将机器人小型化至微型和纳米尺度的两个关键挑战是提高纳米机器人的运动能力和为其装配动力。我们无法为纳米机器人安装齿轮和电池。很多纳米机器人采用游泳方式行进，使用化学能源或外部动力，例如磁场或者其他形式能量，包括光、热或者电。Wang所偏爱的方式之一是其团队研发的“纳米火箭”，在胃或胃肠道中使用胃液作为燃料，产生气泡，从而推动其向前运动。科学家仍然在寻找新的能源，以获得更久续航能力，并且能在没有技术人员的引导下自主的工作。
2. 它们能够执行手术
机器人辅助手术现已普及，将医生的手变得更小，从而在病人的体内精准的操作。我们可以将其想象成一台纳米尺度的手术。科学家正在研发纳米钻孔机、纳米钳子和其他纳米尺度工具，这些工具可以被注入人体，运动至体内指定区域，然后捕获或移除某种组织，例如一丛细胞用于活体检测。在一个最近的例子中，科学家组装了一个管状的微型机器人用于执行手术，将药物注射到一只活兔子眼睛的后部。纳米机器人的运动由磁场控制。
3. 它们将通过集群智能（swarm intelligence）协作
纳米机器人并不单兵作战；为了完成某项任务，成百上千的机器人将协同作战。为了实现它，科学家需要灌输集中式通讯，这种通讯被称为集群智能。可以同过集群行动计划和机器学习实现这种通讯。
4. 它们被设计成任务完成自动消亡
坦率的说，不管是手术，药物输运或者别的治疗，没有人希望在治疗完成后仍有一批机器人在其体内游荡。所以科学家正在通过使用生物可降解的材料构造机器人，这些材料会在病人体内停留有限时间，任务一旦完成，机器人马上被清除或消失。
5. 它们被用于活体动物。
先前提到的纳米火箭是第一个在活体老鼠体内测试的人工微型马达。Wang说，现在有更多的实验室在活体动物体内测试他们的技术，包括瑞士苏黎世联邦理工学院和蒙特利尔大学的实验室。Wang说，如果这些动物活体实验取得成功，将立即进行人体临床实验。
诺贝尔奖公告以来，更多研究纷纷跟进。例如，来自西班牙圣地亚哥-德孔波斯特拉大学(USC)的两组研究人员，在开发基于肽的自组装材料时，已把诺贝尔奖的工作成果引入到他们的研究项目。
在两篇分别发表在《美国化学会期刊》和《纳米尺度》的文章中，USC的胡安·格兰（Juan R. Granja）和曼努尔·阿莫林（Manuel Amorín）教授各自领导的研究小组分别阐述了在纳米机器领域的研究成果。他们观察到了环肽的自组装，并且发现在不同的条件下，会发生不同的变化，生成不同形状的结构。
在《美国化学会期刊》所报导的工作中，肽自组装形成胶囊，这些胶囊可以选择性地识别特定类型的配体。根据识别的配体的不同，肽胶囊可以捕获不同的配体。在识别不同配体的过程中，肽胶囊会形成三种可逆化学键。而当环境条件发生改变时，这些可逆化学键会断开，从而释放配体。这些结构具有生物相容性，有可能用作药物传送工具。
而在《纳米尺度》的工作中，科学家将碳纳米管改装成一种用于测定流体流量的装置-文丘里（Venturi）管。这种装置是通过将两个不同大小的环肽共价连接于碳纳米管而得到的。
虽然用于识别抗体的肽胶囊和Venturi管比纳米汽车更加有应用前景，但自下而上地构造出一台宏观尺度的汽车仍然遥遥无期。那么，当诺贝尔评奖委员会将奖项授予分子制造之后，我们还需多久才能实现这一愿景呢？
Granja确实看到了USC最近的工作为开发复杂分子机器做出了贡献，但也承认，我们距离开发出特定复杂功能的机器依然很远。
尽管如此，Granja表示，我们仍应看到所取得的进步。
Granja进一步说道，设计人造核糖体，合成任何类型的复杂生物聚合物，使之与天然核糖体具有相似效率和活性，也应是一大目标。另一个未来的目标应是合成离子通道泵，而接下来的目标是分子机器能够在特定条件下从更小的组件中获取能量进行工作。
虽然Granja认为他的研究小组最近进行的工作对此领域贡献不大，但他确实看到Venturi纳米管研究对通过分子制造离子通道做出了贡献。目前为止，这些可用来传输电子信号的离子通道，都是使用半导体制造技术自上而下地进行制造的。如果他们能够开发自下而上的方法，使用分子制造技术，我们可能会进入一个新时代——可以更精确地制造这些机器，并提供更好的性能。
