納米機(jī)器人結(jié)構(gòu)體系與工作原理

1、結(jié)構(gòu)體系與工作原理結(jié)構(gòu)體系與工作原理納米機(jī)器人概念圖結(jié)構(gòu)體系與工作原理結(jié)構(gòu)體系與工作原理納米機(jī)器人的研制屬于分子仿生學(xué)的范疇，它根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計原型，設(shè)計制造可對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。納米生物學(xué)的近期設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。目前依照納米機(jī)器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)成以及研究進(jìn)展，納米機(jī)器人主要可分為三代：第一代是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，例如用碳納米管做結(jié)構(gòu)件，分子馬達(dá)作為動力組件，DNA關(guān)節(jié)作為連接件等；第二代是直接利用原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，例如直接用原子、DNA片段或者蛋白質(zhì)分子

2、裝配成生物納米機(jī)器人；第三代將包含有控制器，如納米芯片、納米計算機(jī)等。結(jié)構(gòu)體系與工作原理結(jié)構(gòu)體系與工作原理動力部件為納米驅(qū)動器或分子馬達(dá)，如無機(jī)材料建造的納米電機(jī)、病毒蛋白直線VPL馬達(dá)、ATP馬達(dá)、DNA馬達(dá)、鞭毛馬達(dá)等；結(jié)構(gòu)件、連接件由無機(jī)納米材料或者生物物質(zhì)構(gòu)建，如TNC、DNA關(guān)節(jié)、蛋白質(zhì)等；傳感器由可感知生化信號的納米傳感器組成；第三代納米機(jī)器人甚至包含控制器或生物計算機(jī)。結(jié)構(gòu)體系與工作原理結(jié)構(gòu)體系與工作原理研制納米機(jī)器人的可能途徑：化學(xué)模擬模擬酶化學(xué)家很早就開始模擬酶分子的活性中心結(jié)構(gòu)制造“模擬酶”，這實際上就是在研制納米機(jī)器人，因為每一個酶分子都是一個活生生的納米機(jī)器人。但是目前

3、只模擬了酶活性中心功能基團(tuán)在空間位置上的配置，未模擬功能基團(tuán)在催化底物反應(yīng)時出現(xiàn)的動作，這種動作應(yīng)當(dāng)足以打開一個化學(xué)鍵或者合成一個化學(xué)鍵。一旦模擬出具有催化動作的“模擬酶”，化學(xué)合成的納米機(jī)器人也就誕生了。結(jié)構(gòu)體系與工作原理結(jié)構(gòu)體系與工作原理研制納米機(jī)器人的可能途徑：利用分子的自組合原理裝配機(jī)器人脂類分子構(gòu)成的微囊泡生物分子在各個層次上存在著自組合的性質(zhì)，利用分子的自組合特性裝配納米機(jī)器人是一個值得探索的途徑。比如構(gòu)成生物膜的脂類分子在水溶液中會自組合成雙分子層微囊泡，科學(xué)家利用這種微囊泡把抗癌藥包裹起來，避免藥物對正常細(xì)胞的殺傷作用。利用抗體分子對抗原的專一識別作用，把一種專一識別癌細(xì)胞特有

4、抗原分子的抗體分子裝在微囊泡表面，如此制成的藥物載體如同“生物導(dǎo)彈”。研制納米機(jī)器人的可能途徑：利用生物分子作為分子功能器件組裝納米機(jī)器人結(jié)構(gòu)體系與工作原理結(jié)構(gòu)體系與工作原理ATP酶ATP酶作為分子發(fā)動機(jī)的研究已經(jīng)在西方形成熱點領(lǐng)域。ATP酶在生物體內(nèi)是執(zhí)行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵分子之一，它和呼吸鏈酶系共同組成線粒體的能量轉(zhuǎn)化體系。呼吸鏈傳遞電子是通過幾個生物大分子的氧化還原變化而實現(xiàn)的，這些大分子按照氧化還原電位的高低有序地把底物電子逐一傳遞，最終把電子傳遞給氧。作為分子馬達(dá)進(jìn)行研究的ATP酶和呼吸鏈的四個復(fù)合物共同組成線粒體的能量轉(zhuǎn)化體系。結(jié)構(gòu)體系與工作原理結(jié)構(gòu)體系與工作原理有沒有可能實現(xiàn)仿照人類

5、尺度機(jī)械的納米機(jī)械？所謂的微機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展非常迅速。但這些機(jī)械的功能還相當(dāng)簡單，它們是微小機(jī)械，不是納米級的機(jī)械。第一個真正的納米尺度的機(jī)電系統(tǒng)僅僅在過去幾年中才出現(xiàn)，并且只是實驗性質(zhì)的。一個至關(guān)重要的問題是摩擦和粘性，微型器件表面積比率更大。表面效應(yīng)變得比宏觀器件更加顯著。如果值得做，這樣的問題最終會被解決，但是現(xiàn)在它帶給人們的是困難的技術(shù)挑戰(zhàn)。毫無疑問，我們將會發(fā)展出更復(fù)雜的納米機(jī)械以及類似人類尺度機(jī)械的納米機(jī)械模型，但是在我們制造出任何實際用途的納米器件之前，還有很長的一段路要走。也沒有任何理由認(rèn)為納米機(jī)械一定要和人類尺度機(jī)械相似。結(jié)構(gòu)體系與工作原理結(jié)構(gòu)體系與工作原理6月22日，新加坡科學(xué)技術(shù)研究局材料研究與工程研究所的科學(xué)家，研制出世界首個附在原子軸上的分子級齒輪，其大小僅為1.2納米，旋轉(zhuǎn)也能收到精確控制。制造出原子大小的齒輪并不困難，但實現(xiàn)對微型齒輪運(yùn)動的精確控制卻并非易事。這些科學(xué)家通過對位于原子軸上的納米齒輪及掃描隧道顯微鏡尖端間的電子