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[扬子晚报]将来的生活中,“分子机器”可能无处不在
时间 : 2016-10-08 10:19 来源 : 常青藤 作者 : njtech  点击 :

 

被称作世界上最小机器的“分子机器”比头发丝的1000分之一还要细!这个只会在科幻电影里看到的场景如今不再是想象。未来,它没准会在你的生活中无处不在。扬子晚报记者采访了中科院院士、南京工业大学校长黄维教授,以及南工先进材料研究院的秦天石博士和林宗琼博士,针对“分子机器”的种种疑问做出了回答。 扬子晚报记者 杨甜子
它有多小 单个分子直径不超过1纳米 造出“分子机器”的科学家绝对“好手艺”
明代的能工巧匠能在直径一寸的木头上雕刻出苏轼游览赤壁的场景,人物的胡须和眉毛都清晰可见。明朝人魏学洢用一篇《核舟记》里让我们知道了什么是“螺蛳壳里做道场”。现如今,科学家们竟然能在比头发丝还要小1000倍的“空间”里造出一辆“分子自行车”甚至是“分子汽车”,其“巧手”的程度远胜古人。
中国科学院院士、南京工业大学校长黄维教授告诉记者,一根头发丝的直径是在微米尺度,而“分子机器”的体积比纳米还要小,单个分子的尺寸不超过0.1纳米,已经可以用更小的尺度单位“埃”来计量。
但千万别误会,这项研究并不是真刀真枪地在分子的世界里造一辆汽车。宏观世界里我们接触到的机械大多是铁皮包着的“大块头”,但在分子的微观世界里,想要原样搬出一个“铁皮大块头”显然不现实。分子世界里的各类“机器”,其实还是一些特殊的分子。但在科学家的“巧手”合成之下,一个分子可以像宏观世界里汽车一样,多出四个球形结构的“官能团”,这便是“分子汽车”的“车轮”。
虽然外表没有宏观世界里的汽车养眼,但“分子汽车”一样可以“开”。在外部能量场的“驱动”下,分子的另一部分“官能团”吸收这些能量,来推动“车轮”的转动,“分子汽车”便可以沿着能量驱动的方向发生移动。
如同现实世界里机器普遍“烧油”,微观世界里“分子机器”,它的“燃料”则是化学能、电能或是光能等。给“分子机器”提供化学能从而转化为动能,就如同是在给汽车加油,便实现了让分子“动起来”的目标。
它有多牛 进入人体细胞,还能“撑”死癌细胞 在信息储存上,将来可能再也不会抱怨U盘不够大
科学家发明出的“分子汽车”或“分子自行车”有什么作用呢?记者在采访中得知,“分子机器”目前可应用于尖端的生物医学领域。南京工业大学先进材料研究院研究员秦天石博士举例,如在针对癌症患者的肿瘤治疗中,“分子机器”便可以派上大用场。肿瘤细胞本身就已足够微小,小到现在的机器人技术根本无法进入。此时,“身量短小”的分子机器便有了用武之地,它可以通过血液的流动,进入人体的正常细胞和癌症细胞内。而和正常细胞相比,癌症细胞的细胞膜较为脆弱。此时,如果在人体外施加电磁场或是加热的引导,人体细胞里的分子机器便能感受到外界的能量,从而发生形变,使得体积变大。变大后的分子机器就会撑破癌细胞的细胞膜,从而使癌细胞的“生存质量”大打折扣,甚至是死亡。秦天石介绍,目前,这项研究已经在国内科学家的努力下取得了阶段性的进展,使得这一展望有了实现的可能。
黄维院士补充道,除了在生物医学领域的应用,“分子机器”在半导体领域也有突出的“贡献”,通过对于信息储存方式的改变,未来,你可能再也不会抱怨U盘的储存空间不够大了,因为“分子机器”的应用,你的U盘可以存进更多的照片和视频影像资料等。
利用“分子机器”的“超分子作用力” 南工教授正开发“超长待机”电池
南京工业大学林宗琼博士告诉记者,分子机器的核心其实是分子尺度可控的机械运动。将分子运动的“超分子作用力”运用到有机半导体和柔性电子领域,实现“超分子作用力”对半导体性能的可控调节,会给柔性电子材料的研究带来新的研究机遇。
以中国科学院院士,南京工业大学校长黄维教授为首的先进材料研究团队,正在探索将石墨烯等有机光电材料应用于可携带电池的研发。“超长待机电池”的特点是寿命超长、存储量大,充一次电后使用时间可达一周以上,电池使用寿命可延长至10-15年。
除了可穿戴设备外,柔性电子还可应用在健康指数、医疗检测、生命体征等健康医疗领域。黄维院士举例说,只要将生物智能芯片植入独居的老人体内,便可进行全程适时监控老人的各项生理指标,诸如脑血栓、高血压之类病情一旦发生显著变化,便会经由智能芯片第一时间发送给家人和附近的医疗机构,赢得抢救的黄金时间。
2016年10月6日《扬子晚报》第A5版:http://epaper.yzwb.net/html_t/2016-10/06/content_309246.htm?div=-1