生物的纳米世界

■ 潘震泽

近年来，“基因”与“纳米”这两个词，不但是报章杂志最热门的科学报道题材，同时也是政府投资最巨的两个项目。有朋友将两者戏称为“蛋炒饭”，虽然此“基”非彼“鸡”，此“米”非彼“米”，但也颇为传神。

按一般的认知，基因属于生物学家研究的范畴，纳米则属于物理及工程的领域，但科学研究跨行跨界的，比比皆是，不足为奇。学物理的多有人涉足生理及分子生物的研究，学生物的人更是经常在微观的纳米世界遨游，这只怕是行外人不能想象得到的。

古典的生物学属于描述性的学问，无论形态、分类、生命史、生态等，多是记诵之学，比起数学、物理、化学等以计算为主的“硬”科学来，只能算是“软”科学。

生命现象究竟是以化学还是以物理解释为佳，科学史上曾有过激烈的争执，从而分成化学医学及物理医学两派。化学医学的祖师爷黑尔蒙特主张所有的生命都来自化学反应，像是消化、生长、发酵等；而物理医学的代表巴格利维则认为生命现象必须以楔子、天平、杠杆、弹簧以及所有其他的机械原理来解释。18世纪的英国医生汉特在演讲时发表过一番揶揄之词：“有些生理学家会说胃是个碾磨厂，有的说是个发酵槽，还有的会说是个炖肉锅；依我看来，胃既不是碾磨厂，也不是发酵槽，更不是炖肉锅。在座诸位，胃就是胃。”

物理医学与化学医学之争，当然早已告终，生命现象必须同时以物理及化学原理解释，已成公认的事实。然而，现在的生物教学，尤其是奠定基础的中学教育，却仍然少了这样的体认，非常可惜。对生物有兴趣的，物理、化学下的工夫不足，学理工的，又少了些生物学的知识，两者都有所欠缺。目前生物学里只有少数传统分支或许还可以置身事外，但真正尖端的研究绝对少不了物理与化学（还要加上数学）的帮助。数学、物理、化学底子越好的人，越能够有所创新及突破，否则也就只能做些补充或模仿的二流研究。

生物学进入真正科学的领域，量化是一项重要指标，这对于一向以描述、记诵为主的学子来说，一开始是不容易适应的。我在美国念研究所的头几年，听老师之间的交谈，对于他们随口可以说出细胞内外离子的强度、血中气体、葡萄糖及荷尔蒙的浓度，以及各种生物构造的规格数字时，我都只有茫然以对，既无概念，也无能力分辨对错；直到多年以后，才足以并驾齐驱。这份挫折感，遗留至今。

其实生命的现象，本在微乎其微处发生。人肉眼可分辨的极限在0.1毫米左右，只有在光学显微镜发明以后，将物品放大数百至上千倍，人类才看到了以微米为单位的细胞。至于细胞里头更小的胞器、细胞与细胞的间隙、比细胞还小的病毒，甚至蛋白质及核酸等组成细胞的分子，就落入了纳米的范畴，只有放大几十万倍的电子显微镜才可以观察得到。至于“毫”、“微”以及“纳”的量词，是以10－3往下递减，不单用在长度，也用在体积及重量的单位。

譬如血中的荷尔蒙，多是小分子的氨基酸、类固醇及蛋白质类，以浓度而言，都在每毫升几纳克，甚至皮克（“皮”比“纳”又再降一级）。有人形容其量之微，就好比将一茶匙的食盐溶在一个标准游泳池的水里一样。像这样低的浓度，早已超过任何以物理原理制作的天平所能计量的范围。40年前，有人想到了结合生物的抗原抗体反应与物理的放射性元素特质，而发明了放射免疫测定法，成功测得了血中荷尔蒙的浓度，也彻底改写了内分泌学。

如今纳米科技在生物医学的应用更多更广，以纳米规格制造的微型器械应用在疾病的检验、诊断和治疗上，潜力无穷。追根究底，生命的组成及反应本属于纳米的世界，如今与纳米科技结合，谁曰不宜？