显微镜下的车赛

简明

预备，各就各位，出发！一场赛车比赛拉开了序幕，现场却没有观众呐喊助威，也没有常规的跑道和赛车。它们在哪儿？

世界上最小、最慢的赛车比赛

这是一场肉眼无法直接观看的赛车比赛，参与竞速的赛车只有几纳米长，约相当于头发丝直径的万分之一，行驶速度最高只有每小时几十纳米。

2022年3月24日至25日，第二届纳米赛车比赛在法国图卢兹国家科研中心实验室里举行，8支来自不同国家或地区的研究团队要用他们设计制作的分子赛车角逐冠军。比赛全程都依靠扫描隧道显微镜进行，参赛团队要通过显微镜观察、控制赛车的前进和转弯，让赛车在24小时的赛程内行驶尽可能远的距离、通过更多的弯道。

原子拼出的分子赛车

这些赛车看上去像是由许多小球组成的，这些小球就是原子。原子是构成物质的微观粒子，就像一块块乐高积木。一些物质是由相同的“积木”直接拼成，一些则是由不同的“积木”先组成小零件——分子，再由分子构成的。每辆赛车由100～1000个原子组成。

各队的赛车造型都不同，但基本特征就是有两个或四个轮子连接在底盘上。

在黄金赛道“飙车”

虽然参赛者们集中在图卢兹的实验室比赛，但赛场位于各队所在国家或地区的8个实验室。赛道非常奢华，是由纯金片打造，不过，总宽度只有8毫米。其外表看似光滑，经显微放大后能看到表面上排列着一些弯曲且宽度不均的小凹槽，赛车就在凹槽中行驶。凹槽起到了固定赛车的作用，以免这些比细菌还小的车跑着跑着就跑丢了，但这也让分子赛车在过弯道时很容易被卡住。

用摄像机驾驶赛车

这么小的分子赛车自然是无人驾驶的，应该说没有什么生物能坐在上面开车，那赛车是如何移动的呢？

每队的赛场都有一台扫描隧道显微镜，各队在图卢兹的实验室中用电脑远程操控各自的显微镜。扫描隧道显微镜要作为赛车的跟拍摄像机，利用其成像功能将比赛画面放大，让人能看到。与此同时，它也是赛车的驱动器。显微镜上有一个探针，用探针对着赛车隔空放电一次，赛車就能移动几纳米到几十纳米，但禁止探针直接碰触赛车。

最终，来自日本和西班牙的两支队伍获得并列冠军，两队赛车分别行驶了1054纳米和678纳米，各完成了54次转弯。

以研究为目的的比赛

纳米赛车比赛并非科学家在科研工作之余的消遣。

这些纳米赛车实际上就是人工合成的分子机器，向分子机器提供能量，就能让其移动执行特定任务。这项比赛能帮助科学家精进分子机器设计技术。未来这些分子机器可能就会在人们看不到的微观世界完成各项工作，比如将药物运送到人体中，帮助制造微型机器等。