材制视角 | 分子机器的逆袭之路

2021-02-17 08:18 作者:青春材制 0人读过 | 我要投稿

初转载于爱学习的青春材制 2020-11-20

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MOLECULAR MACHINES

化工制造业中越来越清晰的一场革命

An Increasing Clear Revolution in the Chemical Manufacturing Industry

进入大众视线 2016-2020

Nobel Prize

　　2020年10月6日，本年度诺贝尔物理学奖颁奖仪式落下帷幕。穿越罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·格兹（Andrea Ghez）眼中的黑洞，跨越无隙的时空.

　　让我们回到2016年的诺贝尔化学奖的颁奖仪式，此时，光谱闪耀（打追光！），原子震动（齐鼓掌！！），量子纠缠（直呼内行！！！），他们都在为同一位化学、物理界好友的诞生而欢呼雀跃，它的创造者：让 - 皮埃尔·索维奇（Jean-Pierre Sauvage），J·弗雷泽·斯托达特爵士（Sir J. Fraser Stoddart），以及伯纳德·L·费林加（Bernard L. Feringa）将它命名为：“分子机器”。

Revolution ·

　　这是一场分子的“革命”，是一场关乎未来机器类型的革命，是一场关乎未来机械方向的革命，更是一场材料制造尺度和工具的革命！！！

　　“分子机器”改变了来源于20世纪的加工技术思路——“由上至下”(Top -Down) ，即从大块物质出发而制造微型化的器件，打破了物件加工制造的的传统思路，创造了——“由下至上”（Bottom-up），即从分子水平出发构造各种功能器件，把器件的概念扩展到了分子水平上。

Definition ·

小尺寸自组装多样性自适应自指导分子柔性

　　这里我们再为大家简要的介绍一下分子机器的概念---分子机器（Molecular machines）是由分子尺度的物质构成、能行使某种加工功能的机器，其构件主要是蛋白质等生物分子。

　　分子机器的尺寸多为纳米级，又称生物纳米机器，具有小尺寸、多样性、自指导、有机组成、自组装、准确高效、分子柔性、自适应、仅依靠化学能或热能驱动、分子调剂等其他人造机器难以比拟的性能，对研究生物纳米机器具有重大意义。它可以促进生物学发现，深入认识蛋白质分子机器机制，开发生物分子机器和促进仿生学发展。

动力来源

化学驱动

ATP合成酶转子|由于质子的流动而旋转

电驱动

索烃|由于铜离子电子得失而行使其功能

光驱动

分子蠕虫|光照引起了偶氮分子构象改变

分子机器的动力来源主要来自于化学驱动、电驱动和光驱动三种。

工作原理

　　一般来说机器人运转有三个要素。即，给机器人提供动力的“驱动系统”、下达命令的“智能控制系统”以及负责切换指令的“传感器”。和普通的金属机器人不同，分子机器人利用驱动蛋白和微管作为“驱动系统”，DNA作为控制运动的“智能控制系统”，感光变形的分子作为“传感器”切换指令。

展望未来

　　时过境迁，百年前受困于如何不受自然法则约束的我们，早已把目光着眼于如何改变自然，支配自然，而分子机器的出现便是一个很好的实例。这个肉眼都看不到的小玩意不仅能够搭载药物定点释放，也能够成为最小的存储单元，进行高密度存储。从分子机器的这些的特点设想，其有望用于更精准的疾病检测、药物输送，超高密度信息与能量存储，新材料、传感器等众多领域，应用前景可谓是前途无量！