生物學對納米技術的啟發

林　霖

納米是長度單位，1納米等于10億分之1米，納米技術就是在納米的尺度范圍內，設法組成新物質，開發新應用的技術。納米技術已經進入我們人類的普通生活當中，你見過這樣的納米技術產品嗎？

在血管中航行的機器人

在一間明亮的實驗室里，一排排杜瓦瓶里裝著冷凍著的軀體，等待著神秘的醫生來為他們診治。醫生來了，只見他熟練地按了幾個按鈕后，等離子顯微鏡鏡頭對準了躺在病床上的病人……

一個神奇的畫面出現了——

▲在血管中航行的納米機器人。它正在使用納米切割機和真空吸塵器來清除血管中的沉積物。

原來神秘的醫生就是它們 ——納米機器人。它們是具有超級智能的小機器人，通過互相協作共同修復軀體被損壞的部分。此刻它們像潛艇一樣在病人的血管中潛行，一點一點地修復著病人的軀體。

納米機器人的先天缺陷

聽起來，好像科幻小說一樣，真的有這樣的納米機器人嗎？

這其實是人們將在宏觀尺度應用的工程原理應用到納米尺度上而產生的理想機器人。它有著先天的缺陷。因為將在宏觀尺度上設計的裝置（機器人）縮小到微觀尺度（納米機器人）以后，它的工作就會越來越難。

在微觀尺度上的主要運動阻力由粘性力引起而不是慣性力。另外，由于布朗運動，流體分子也會不斷地撞擊目標，因此納米機器潛艇會不斷地被推來撞去，它內部的部件和機構也會在不斷的隨機運動中被彎曲和拉伸。還有一個不同是，在納米尺度上，流體的表面張力影響將變得很強，所以納米潛艇很可能會被粘在它第一個碰到的流體表面上而動彈不得。因此，在血液中航行的納米潛艇與在海水中航行的潛艇是非常不一樣的。

未來納米技術的新途徑

生物學告訴我們，生命通過數十億年的進化，有著自身特殊的“納米技術”，而且形成了一套完整的微觀物理學體系，并達到了高度優化的程度。

▲最初的“基本”納米技術。這是一種可以精確操縱原子的納米機器，是用堅硬的材料制成的復雜的運動控制器。這種控制器可以成為用來組裝分子的納米機器的一個部件。

▲細胞生物學為我們提供了數不清的成熟的納米機器的例子。如圖中這種生物納米機器——離子通道和離子泵，可以被膜上的電壓或者信號分子驅動，開關鉀離子通道，左為關閉狀態，右為開放狀態，因此鉀離子可以被選擇性地通過膜。

人類科學家有著可供支配的最好的材料，當然能創造有效的能繁殖和適應環境的人工生命形式。如果要實現這種納米技術，我們就應該向自然界的生物學習，使用柔軟的材料來進行研究。

那么我們怎樣向生物界學習，并和這些納米世界的“顆粒”一起工作呢？

最直接的方法就是研究自然提供給我們的現成的裝置。我們可以分離它們的部件，例如分子馬達，然后把它們與我們的人造裝置混合組裝起來。我們現在已經獲得足夠的生物學知識來分離細胞中的部件，并且了解如何在細胞外面的環境中使用它們。這種方法是較快的并且很有希望實現納米技術的方法。

具有自組裝特性的DNA分子所組建的納米尺度結構和裝置。

對納米科學的大膽想象

從自然中獲取活的生物體，然后重新組裝它們的基本結構并與人造機構混合，用人造物取代體內的活組織，這樣做，是否模糊了人和機器的界限？

我們應該清楚這一命題意味著什么，即我們可以通過制造完全人工的生命形式來實現超越自然的進化，它們將比生物體本身更好地適應地球環境。那么，它們將會在與“常規”生命競爭資源的過程中取得勝利嗎？

隨著科學技術的發展，也許未來的某天，人類真的會設計出比人類自身更完美的人。