认识可能推动医学革命的纳米机器

一群物理学家最近建立了有史以来最小的仅由单个原子创造的引擎。像任何其他发动机一样，它可以将热能转化为运动，但是它的规模比以前更小。原子被束缚在一个电磁能锥中，并且使用激光将其加热和冷却，这导致原子像在发动机活塞中一样在锥中来回运动。

来自德国美因茨大学的科学家对这项发明没有特别的用途。但这很好地说明了我们如何能够越来越小规模地复制我们所依赖的日常机器。这为将来出现一些令人兴奋的可能性开辟了道路，特别是在医学中使用纳米机器人的过程中，这些机器人可以被释放到体内以释放靶向药物，甚至与癌症等疾病作斗争。

纳米技术处理的超小型物体相当于十亿分之一米的大小，这听起来不可能制造机器很小的规模。但是大小是相对于您与物体的接近程度有关的。我们无法用肉眼看到纳米级的事物，就像我们看不到太阳系的外行星一样。但是，如果我们放大（用望远镜观察行星，用强大的电子显微镜观察纳米物体），那么我们将改变参考系，情况将大为不同。

但是，即使仔细观察，我们仍然无法使用常规工程工具来构建纳米级的机器。虽然常规机器（例如大多数汽车中的内燃机）是按照艾萨克·牛顿（Isaac Newton）提出的物理规则运行的，但纳米级的事物却遵循更复杂的量子力学定律。因此，我们需要考虑量子世界的不同工具，以便以某种方式将原子和分子用作纳米机器的构建基块。这是另外四台可能会产生重大影响的微型计算机。

来自新加坡的研究人员最近展示了一种由高弹性石墨烯制成的简单但纳米级的发动机。石墨烯是具有优异机械强度的二维碳原子片。将一些氯和氟分子插入石墨烯晶格中并对其施加激光会导致片材膨胀。快速打开和关闭激光可使石墨烯泵往复运动，就像内燃机中的活塞一样。

该研究人员认为石墨烯纳米引擎可用于电力微型机器人，例如攻击癌细胞在体内。或者它可以用在所谓的“芯片实验室”中，这种设备可以将化学实验室的功能缩小到很小的包装中，从而可以用于快速的血液检查。

在诸如飞机发动机和风扇的机器中产生运动的转子通常都遭受摩擦，这限制了它们的性能。纳米技术可用于由单个分子产生电动机，该电动机可以无摩擦地旋转。普通转子在旋转时会按照牛顿定律与空气相互作用，因此会产生摩擦。但是，在纳米尺度上，分子转子遵循量子定律，这意味着它们不会以相同的方式与空气相互作用，因此摩擦不会影响其性能。

大自然实际上已经向我们表明了分子电动机是可能的。某些蛋白质可以使用旋转机制沿表面传播，该旋转机制利用化学能产生运动。这些运动蛋白是导致细胞收缩的原因，因此负责我们的肌肉运动。