科學家製造出世上第一台可建造分子的「分子機器人」

分子機器人是由原子構成的(圖:Virus via Shutterstock)

英國曼徹斯特大學(The University of Manchester)的科學家們最近成功創造出世上第一個可以執行一些基本任務如建造其他分子的「分子機器人」。

這些機器人是由 150 個碳、氫、氧及氮原子所構成,體積只有百萬分之一毫米,換句話說,十億個這些迷你機器人堆起來的大小跟幾粒鹽巴一樣。每一個機器人皆可獨自操控及建造一個分子,它們被設計成能利用它們的機器手臂來移動及修建分子的構造。

它們的運作方式是在特殊溶液中執行化學反應,而這個特殊溶液能被科學家們控制和設計,使機器人能執行基本任務。未來這些機器人可用於醫療、製造工業、甚至建立分子工廠及其生產線。

建造原理

曼徹斯特大學化學學院教授大衛·利(David Leigh)解釋:「所有物質都是由原子組成的,原子也是形成分子的基本構件。我們的機器人是由原子構成的分子機器人,就像由樂高積木上構建出一個非常簡單的機器人。機器人將能響應一系列由科學家輸入的化學命令。」

「分子機器人代表著機械小型化的終極目標。我們預計在 10 到 20 年內,分子機器人將開始在分子工廠的生產線上建造分子和各種材料,就如同汽車生產線。那些機器手臂會拿起一個面板並定位它,使它們可以用正確的方式來建造一輛汽車的車身。所以就像汽車工廠裡的機器手臂一樣,我們的分子版可以被設計以不同的方式定位和鉚接組件,使分子機器人能構建不同的產品,差別只在於產品大小。」

(圖:University of Manchester)

分子機器人的應用

設計出如此小的機械的好處是這大大減少了材料的需求,可以加速和改進藥物發明,大幅降低電力需求,以及迅速提高其他產品的小型化。因此分子機器人的潛在應用是非常令人興奮的。

雖然構建和操作這種小型機器非常複雜,但團隊使用的技術只基於簡單的化學過程。利教授說:「這些機器人是使用化學方法組裝和運行的,由原子和分子如何相互反應以及從較小分子構成更大分子的科學概念所構成。就如同科學家們用簡單的化學成分製造藥物和塑料的過程。一旦這些分子機器人被建成,它們就能由科學家通過輸入化學式來操作,告訴機器人什麼時候做什麼,就像一個電腦程式。」

 

參考資料:

Salma Kassem et al, Stereodivergent synthesis with a programmable molecular machine, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature23677

Angel
貝勒大學學生,主修生物、副修化學及商管。讀書之餘,喜歡畫畫及閱讀瀏覽各類醫學/科學資訊。現為明日科學實習編輯。