分子馬達
要想獲得微觀世界裏的可以裝配原子的機器，首先我們需要造出它的各個零部件。這一點和我們日常生活中所見到的機器的製造沒有太大的區別，隻不過這回我們要製造的部件要小得多。
平常我們見到的很多機器都有齒輪，我們能不能造出納米尺度的齒輪呢?據海外媒體報道，日本東京大學已經研製成功了世界上第一個可自動控製轉速的分子齒輪。
據介紹，這種分子齒輪的結構是在兩個直徑約為1納米的卟啉分子中間夾一個直徑約為01納米的金屬離子。卟啉分子主要存在於植物的葉綠素中。將卟啉分子和金屬離子放人一種溶液中，並在特定的條件下將這種溶液加熱，就可以製成分子齒輪。
日本專家介紹說，如果要達到實用化的目的，就必須將多個單獨旋轉分子齒輪結合起來，組成一個力的傳動係統。因此，研究小組必須進一步研究分子齒輪的組合技術。
要想讓我們得到的小機器能夠工作，必須給它提供動力，這就需要製造一個小馬達——分子馬達。兩位旅美中國學者已經在分子馬達研究領域取得新的突破，首次利用單個DNA分子製成了分子馬達。這一成果使得納米器件向實用化方麵又邁進了一步。
科學家曾經利用多個DNA分子製造出了分子馬達，但這些馬達存在著效率不高、難以控製的缺陷。美國佛羅裏達大學教授譚蔚泓和助理研究員李建偉新研製出的分子馬達，采用的是人工合成的單個雜交DNA分子。這種分子在一種生物環境中處於緊湊狀態,但在生物環境發生變化後，又會變得鬆弛。譚蔚泓和李建偉進行的實驗證實，采用這一原理製造出的單DNA分子馬達具有非常強的工作能力，可以像一條蟲子一樣伸展和卷曲，實現生物反應能向機械能的轉變。譚蔚泓等的成果已經在美國《納米通訊》雜誌上發表。
“在緊湊和鬆弛這兩個狀態之間進行變化，使得分子可以做功，從而可以把一些小物體從一個地方搬運到另一個地方。”譚蔚泓接受新華社記者采訪時解釋說。他認為，這一特性使得“分子馬達可以為未來的納米器件提供一種能量源泉”。
DNA是生物遺傳物質的載體。DNA分子馬達的優點是可以直接將生物體的生物化學能轉換成機械熊，而不像通常意義上的馬達需要電力。因此，從理論吐說，DNA分子馬達可以借助一些生物化學變化而進行藥物和基因等的傳遞，比如說，將藥物分子直接輸送至癌細胞的細胞膜。與多分子DNA馬達相比，單DNA分子馬達應用起來更為方便。譚蔚泓等的研究成果使得分子馬達離實際應用更近。
研究人員指出，他們采用人工合成的單DNA分子來製造分子馬達還有一個好處，即可以根據不同要求而有針對性地設計出DNA分子，使製造出的馬達具備各種性能。他說：“這些馬達可以有不同的效率，並且可能從而把物體搬運到更遠的距離。”
現在還很難預測分子量級的馬達什麼時候能真正投入實用。科研人員的下一步目標，是要讓單DNA分子馬達真正移動一個微小物體，並進一步提高其工作效率。
此外，康奈爾大學的科學家把一些鎳製螺旋槳安裝在400個分子馬達的中軸上。當把這些馬達浸入三磷酸腺苷溶液中時，有395個馬達沒有動靜，但是有5個開始旋轉，使螺旋槳能夠以每秒鍾8轉的速度旋轉。該大學生物工程教授卡洛·蒙泰馬尼奧說：“這是一台真正的納米機器。”
由於這台馬達也是從給細胞提供能量的分子中獲得能量，所以蒙泰馬尼奧教授認為有朝一日科學家也許能夠製造出比細菌還小的機器人。這類機器人將能夠修複細胞損傷，製造藥物並且攻擊癌細胞。
這些螺旋槳的長度為750納米，這使研究人員能夠用攝像機拍攝下螺旋槳的旋轉。在一段錄像中能夠看到一粒塵埃被吸人螺旋槳中，後來又被打了出來。
研究人員說：“今天是螺旋槳，明天我們就能把其他的東西安裝在馬達上。這項技術現在正朝著實用的方向發展，這為製造在細胞中運轉的機器打開了大門。它將使我們把設計好的裝置與生命係統融合起來。”
《科學》雜誌還描述了另外一種微觀運動：一塊錫在化學。力的推動下，像變形蟲一樣在銅的表麵四處遊走，留下一條由銅的合金組成的纖細軌跡。
桑迪亞國家實驗所的諾曼·巴特爾特博士說：“錫塊仿佛活了一樣，在銅的表麵到處找食吃。它會運動到光潔的區域，吃下表層的銅原子同時吐出以合金形式存在的銅原子。在微觀世界中這種沒有生命的係統竟然能夠模仿生命係統真是令人感到驚奇。”
附在這篇研究報告後的評論說，實驗中錫塊的運動可以看成一種新的納米馬達，這個馬達把化學能轉化成機械能的效率大致與汽車的效率相當。
康奈爾大學的研究工作把幾年來納米技術研究的兩個方向結合了起來。正如電子工程師把越來越小的晶體管刻到芯片上一樣，納米技術科學家也造出了越來越薄的雕刻晶，其中包括杠杆、柱子、懸空的電線和寬度為100個矽原子的一個吉他模型。但是，如果沒有辦法使它們運動，這些結構充其量也隻能算微型藝術晶。
美國哈佛大學前不久研製出一種新型的微型工具，它成功地抓住了直徑約500納米的聚苯乙烯原子團，人們稱它為納米鑷子。
這種鑷子終有一天將成為微細工程的得力工具，如用來撥弄生物細胞，製造納米機械，進行顯微外科手術，也可以從大量纏住的導線上取下20納米線寬的半導體導線等等。這種鑷子的工作端是一對由電控製的納米碳管。由於納米碳管不僅強度高，而且導電性好，因此也可用於測量，例如測量納米組織的電阻。
以前，日本科學家曾研製出一對化學鑷子，也能一次夾起一個分子。但這種化學鑷子隻能識別和緊緊夾住特定的分子即糖分子，對其他分子則“無能為力”。而哈佛大學的這種鑷子則可以夾住任何分子。
如果有一種超微型鑷子，能夠鉗起分子或原子並對它們隨意組合，製造納米機械就容易多了。將來這種鑷子還可以成為納米機械的一個組成部分。科學家的最新研究成果是，用DNA製造出了一種納米級的鑷子。