纳米呆板人，真有传说的那么神吗？
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“纳米呆板人”是影戏和科幻小说中的常客，一次又一次闪灼登场发挥特技。在很多人的印象中，它们就是缩小无数倍的变形金刚。 以“纳米呆板人”为要害词，呈现的搜刮功效，画风都是酱婶的：
关于纳米呆板人，最初是从“尺寸”的角度举办界说：“在0.1-10微米之内的微型呆板”。 其后，科学家们将这个观念举办了延长，从“成果性”大将纳米呆板人界说为“对纳米级物体举办操纵的呆板”。 无论怎样界说，制造纳米呆板人是一项很是难题的使命。 起首，我们必要一些小零件——相等小，也许只有发丝直径的千分之一。 2016年诺贝尔化学奖颁 给了三位从事“计划分子呆板”的学者。他们的首要事变就是行使化学合成法，做出了许多分子级零件，好比开关、泵和轴[1]。 化学要领可以合成一系列分子级别零件：一个典范的纳米开关表示图，通过改变pH可以节制特定的分子举办移动 | 参考文献[1] 尚有一些硬科技，可以用来造纳米零件，好比光刻技能。 光刻技能首要用于制造芯片，是人类把握的少数几种可以实现纳米级精度的加工技能。美国加州理工学院科学家们回收光刻技能可以造出判别率为25-100纳米的伟大三维金属几许图形[2]。2019年，美国劳伦斯•利弗莫尔国度尝试室的科学家们开拓了一种“飞秒投影双光子光刻”技能，可以将传统技能的加工速率晋升1000倍，只必要8分20秒就可以打印出一个芝麻巨细的微纳布局，加工精度保持在纳米级别[3]。 通过飞秒投影双光子光刻技能制造的伟大三维微观布局 | 参考文献[3] 无论是化学法或光刻法，制造出来的是纳米零件，这些零件必要进一步组装成呆板人。怎样实现微观标准的组装，是“纳米呆板人”研究的另一难关。 早在上世纪80年月，人们就实现了对单原子的节制。2005年，中国科学院乐成将一个4微米长、100纳米粗的碳纳米管，精确地移动到了一个刻好的沟槽里[4]。然而，怎样大局限举办纳米组装还是题目。 2015年，法国国度科学院的一个研究小组，乐成合成了一种长长的聚合链，通过超分子键把成千上万的纳米呆板团结在一路，每个纳米呆板都能发生约1纳米的线性伸缩行为。聚沙成塔，这数万个小纳米呆板的行为整合起来，可以使聚合链发生10微米的紧缩舒张，就像肌肉组织中那样[5]。 聚沙成塔：上万个纳米零件的协同行为，可以发生大标准的变革 | 参考文献[5] 即便云云，这些研究壹贝偾实现了“纳米零件”的简朴聚合，真想要装配出影戏中那种微如针尖的全能呆板，人类尚有许多路要走。 怎样让纳米呆板人动起来？ 除了怎么“做出来”，尚有一个要害题目，是怎样让纳米呆板人 “动起来”？ 最直接的方法就是装个动员机。美国德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们造出了迄现代界上最小、最快的微型动员机。这个动员机比一粒盐要小500倍，能把电能转化为机器行为，速率可以到达每分钟18000转，相等于喷气式飞机上动员机的转速，并且能持续旋转15小时 纳米动员机表示图 | 参考文献[8] 不外，别被这种高峻上的宣传图骗到。现实上，这种纳米动员机只不外是一种因素为金、镍的纳米线，可以在电场浸染下旋转。指望它能发动呆板人，为时尚早。 纳米动员机的真身不外是一个纳米线 | 参考文献 [8] 除了用电场，还能用磁场。来自MIT的科学家们小心了细菌鞭毛的边幅，用3D打印技能造出了只有细胞巨细螺旋状呆板人，并称其为“人造细菌鞭毛”。这种螺旋外形可以辅佐呆板人更好地在血液中移动。之后他们在呆板人的外貌涂上了镍钛双涂层，使其具有磁性。他们可以或许通过外部磁场节制，人造细菌鞭毛的动作蹊径，使其在犹如血管的通道中旋转和移动[9]。 也有学者脑洞大开，想到从能行为的细胞哪里“借力”。德国的一个研究团队行使钛-铁纳米薄膜做出了一种空心管，之后他们节制精子钻到管子里，从而做出了一种精子驱动的纳米呆板。由于纳米空心管的奇异机构，精子的头会卡在内里，而尾巴如故暴漏在表面。通过改变温度等前提，可以节制精子的移动蹊径和速率，从而节制这个“精子呆板人”[10]。 精子钻进纳米小管里，作为动力源 | 参考文献[10] 研究者用的是牛精子。在宏观天下里，牛就可以用于拉车。千万没想到，微观天下里，它们的精子还要做“纳米界的牛车”。 纳米呆板人最终目标，就是改进我们人类自身。 在2014年的影片《超验骇客》（Transcendence）中，男主角操作纳米呆板人修复了本身重病的身材。2015年，谷歌技能总监雷·库兹韦尔（Ray Kurzweil）也曾提出一个概念：“2020年，人类的免疫体系将由纳米呆板人举办经受；2030年，纳米呆板人可以批改病原体，肿瘤等一系列免疫体系题目”。 不外，2020年近在面前，今朝来看这个时刻表并禁绝确。影戏中“一针灵治百病”式的纳米呆板人也没有呈现。 从血液到胃酸，怎样让纳米呆板人顺应伟大的体液情形？在错综伟大的血管中，怎么定位或驱动如尘土般巨细的纳米呆板人？在数百万的细胞中，奈何让纳米呆板人辨认出染病的谁人？诚然，疾病治疗是纳米呆板人最重要、也是投入最多的研究偏向，但现实中的重重坚苦让这个规模步履蹒跚。 虽然，技能的前进给这些题目提供了一些也许的办理方案。2019年，加州理工学院的科学家们把纳米呆板人放在一个胶囊里并打针进生物体内。这层胶囊可以防备纳米呆板人被胃酸等体液粉碎。 随后，他们操作一种名为“光声断层扫描技能”在体外对这些纳米呆板人举办了及时定位。当呆板人胶囊抵达病患地区时，可以用外源近红外光穿过人体组织，激发胶囊割裂从而开释纳米呆板人，这些呆板人在病患地区的逗留并开释药物。另外，也可以把能辨认癌细胞的特定卵白质修饰在纳米呆板人上。注入体内之后，这些卵白质可以作为“眼睛”，让纳米呆板人判别出癌细胞，以举办准确冲击。 不外，这些研究都是在动物身长举办的。制止今朝，市面上还没有真正成熟的纳米呆板人医疗产物。 固然还不能指望纳米呆板人“治病救人”，不外，人们照旧从纳米呆板人身上找点乐子。 2017年，来自三大洲的6支步队在法国南部举办了一场纳米车大赛[12][14]。赛道由黄金制成的，全长100nm。参赛者将驾驶单个分子举办角逐。全程行使扫描地道显微镜等非凡装备发生电流，“敦促”纳米小车提高。最后美国-奥地利联队以每小时35纳米取得了冠军。 （编辑：河北网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
