材制視角 | 分子機(jī)器的逆襲之路

2021-02-17 08:18 作者:青春材制 0人讀過(guò) | 我要投稿

初轉(zhuǎn)載于?愛(ài)學(xué)習(xí)的?青春材制?2020-11-20

未經(jīng)允許禁止轉(zhuǎn)載

MOLECULAR MACHINES

化工制造業(yè)中越來(lái)越清晰的一場(chǎng)革命

An Increasing Clear Revolution in the Chemical Manufacturing Industry

進(jìn)入大眾視線?2016-2020

Nobel Prize

　　2020年10月6日，本年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)儀式落下帷幕。穿越羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和安德里亞·格茲（Andrea Ghez）眼中的黑洞，跨越無(wú)隙的時(shí)空.

　　讓我們回到2016年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)儀式，此時(shí)，光譜閃耀（打追光！），原子震動(dòng)（齊鼓掌?。?/span>），量子糾纏（直呼內(nèi)行?。?！），他們都在為同一位化學(xué)、物理界好友的誕生而歡呼雀躍，它的創(chuàng)造者：讓 - 皮埃爾·索維奇（Jean-Pierre Sauvage），J·弗雷澤·斯托達(dá)特爵士（Sir J. Fraser Stoddart），以及伯納德·L·費(fèi)林加（Bernard L. Feringa）將它命名為：“分子機(jī)器”。

Revolution?·

　　這是一場(chǎng)分子的“革命”，是一場(chǎng)關(guān)乎未來(lái)機(jī)器類(lèi)型的革命，是一場(chǎng)關(guān)乎未來(lái)機(jī)械方向的革命，更是一場(chǎng)材料制造尺度和工具的革命?。?！

　　“分子機(jī)器”改變了來(lái)源于20世紀(jì)的加工技術(shù)思路——“由上至下”(Top -Down)?，即從大塊物質(zhì)出發(fā)而制造微型化的器件，打破了物件加工制造的的傳統(tǒng)思路，創(chuàng)造了——“由下至上”（Bottom-up），即從分子水平出發(fā)構(gòu)造各種功能器件，把器件的概念擴(kuò)展到了分子水平上。

?

Definition ·

小尺寸? ? 自組裝? ? 多樣性? ? 自適應(yīng)? ? 自指導(dǎo)?? 分子柔性?

　　這里我們?cè)贋榇蠹液?jiǎn)要的介紹一下分子機(jī)器的概念---分子機(jī)器（Molecular machines）是由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成、能行使某種加工功能的機(jī)器，其構(gòu)件主要是蛋白質(zhì)等生物分子。

　　分子機(jī)器的尺寸多為納米級(jí)，又稱(chēng)生物納米機(jī)器，具有小尺寸、多樣性、自指導(dǎo)、有機(jī)組成、自組裝、準(zhǔn)確高效、分子柔性、自適應(yīng)、僅依靠化學(xué)能或熱能驅(qū)動(dòng)、分子調(diào)劑等其他人造機(jī)器難以比擬的性能，對(duì)研究生物納米機(jī)器具有重大意義。它可以促進(jìn)生物學(xué)發(fā)現(xiàn)，深入認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)分子機(jī)器機(jī)制，開(kāi)發(fā)生物分子機(jī)器和促進(jìn)仿生學(xué)發(fā)展。

動(dòng)力來(lái)源

?化學(xué)驅(qū)動(dòng)?

ATP合成酶轉(zhuǎn)子|由于質(zhì)子的流動(dòng)而旋轉(zhuǎn)

?電驅(qū)動(dòng)

索烴|由于銅離子電子得失而行使其功能

?光驅(qū)動(dòng)?

分子蠕蟲(chóng)|光照引起了偶氮分子構(gòu)象改變

分子機(jī)器的動(dòng)力來(lái)源主要來(lái)自于化學(xué)驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)和光驅(qū)動(dòng)三種。

工作原理

　　一般來(lái)說(shuō)機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)有三個(gè)要素。即，給機(jī)器人提供動(dòng)力的“驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”、下達(dá)命令的“智能控制系統(tǒng)”以及負(fù)責(zé)切換指令的“傳感器”。和普通的金屬機(jī)器人不同，分子機(jī)器人利用驅(qū)動(dòng)蛋白和微管作為“驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”，DNA作為控制運(yùn)動(dòng)的“智能控制系統(tǒng)”，感光變形的分子作為“傳感器”切換指令。

展望未來(lái)

　　時(shí)過(guò)境遷，百年前受困于如何不受自然法則約束的我們，早已把目光著眼于如何改變自然，支配自然，而分子機(jī)器的出現(xiàn)便是一個(gè)很好的實(shí)例。這個(gè)肉眼都看不到的小玩意不僅能夠搭載藥物定點(diǎn)釋放，也能夠成為最小的存儲(chǔ)單元，進(jìn)行高密度存儲(chǔ)。從分子機(jī)器的這些的特點(diǎn)設(shè)想，其有望用于更精準(zhǔn)的疾病檢測(cè)、藥物輸送，超高密度信息與能量存儲(chǔ)，新材料、傳感器等眾多領(lǐng)域，應(yīng)用前景可謂是前途無(wú)量！