生物学对纳米技术的启发

林　霖

纳米是长度单位，1纳米等于10亿分之1米，纳米技术就是在纳米的尺度范围内，设法组成新物质，开发新应用的技术。纳米技术已经进入我们人类的普通生活当中，你见过这样的纳米技术产品吗？

在血管中航行的机器人

在一间明亮的实验室里，一排排杜瓦瓶里装着冷冻着的躯体，等待着神秘的医生来为他们诊治。医生来了，只见他熟练地按了几个按钮后，等离子显微镜镜头对准了躺在病床上的病人……

一个神奇的画面出现了——

▲在血管中航行的纳米机器人。它正在使用纳米切割机和真空吸尘器来清除血管中的沉积物。

原来神秘的医生就是它们 ——纳米机器人。它们是具有超级智能的小机器人，通过互相协作共同修复躯体被损坏的部分。此刻它们像潜艇一样在病人的血管中潜行，一点一点地修复着病人的躯体。

纳米机器人的先天缺陷

听起来，好像科幻小说一样，真的有这样的纳米机器人吗？

这其实是人们将在宏观尺度应用的工程原理应用到纳米尺度上而产生的理想机器人。它有着先天的缺陷。因为将在宏观尺度上设计的装置（机器人）缩小到微观尺度（纳米机器人）以后，它的工作就会越来越难。

在微观尺度上的主要运动阻力由粘性力引起而不是惯性力。另外，由于布朗运动，流体分子也会不断地撞击目标，因此纳米机器潜艇会不断地被推来撞去，它内部的部件和机构也会在不断的随机运动中被弯曲和拉伸。还有一个不同是，在纳米尺度上，流体的表面张力影响将变得很强，所以纳米潜艇很可能会被粘在它第一个碰到的流体表面上而动弹不得。因此，在血液中航行的纳米潜艇与在海水中航行的潜艇是非常不一样的。

未来纳米技术的新途径

生物学告诉我们，生命通过数十亿年的进化，有着自身特殊的“纳米技术”，而且形成了一套完整的微观物理学体系，并达到了高度优化的程度。

▲最初的“基本”纳米技术。这是一种可以精确操纵原子的纳米机器，是用坚硬的材料制成的复杂的运动控制器。这种控制器可以成为用来组装分子的纳米机器的一个部件。

▲细胞生物学为我们提供了数不清的成熟的纳米机器的例子。如图中这种生物纳米机器——离子通道和离子泵，可以被膜上的电压或者信号分子驱动，开关钾离子通道，左为关闭状态，右为开放状态，因此钾离子可以被选择性地通过膜。

人类科学家有着可供支配的最好的材料，当然能创造有效的能繁殖和适应环境的人工生命形式。如果要实现这种纳米技术，我们就应该向自然界的生物学习，使用柔软的材料来进行研究。

那么我们怎样向生物界学习，并和这些纳米世界的“颗粒”一起工作呢？

最直接的方法就是研究自然提供给我们的现成的装置。我们可以分离它们的部件，例如分子马达，然后把它们与我们的人造装置混合组装起来。我们现在已经获得足够的生物学知识来分离细胞中的部件，并且了解如何在细胞外面的环境中使用它们。这种方法是较快的并且很有希望实现纳米技术的方法。

具有自组装特性的DNA分子所组建的纳米尺度结构和装置。

对纳米科学的大胆想象

从自然中获取活的生物体，然后重新组装它们的基本结构并与人造机构混合，用人造物取代体内的活组织，这样做，是否模糊了人和机器的界限？

我们应该清楚这一命题意味着什么，即我们可以通过制造完全人工的生命形式来实现超越自然的进化，它们将比生物体本身更好地适应地球环境。那么，它们将会在与“常规”生命竞争资源的过程中取得胜利吗？

随着科学技术的发展，也许未来的某天，人类真的会设计出比人类自身更完美的人。