纳米机器人doc.doc
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2023-07-15
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摘要：纳米技术与分子生物学的结合将开
创分子仿生学新领域。分子仿生学模仿细胞
生命过程的各个环节，以分子水平上的生物
学原理为参照原型，设计制造各种各样的可
对纳米空间进行操作的“功能分子器件”—
——纳米机器人。纳米机器人的研制和开发
将成为２１世纪科学发展的一个重要方向。
关键字：纳米技术 纳米机器人 分子马达
1 前沿：纳米机器人的研究属于分子仿生
学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为
设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作
的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设
想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现
新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳
米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基
因调控网络重新设计，开发“在体”（in vivo）
或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而
产生了另种方式的纳米机器人技术。
2 纳米生物学与纳米机器人
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应
用生物学原理，发现新现象，研制可编程的
分子机器人，也称纳米机器人。涉及的内容
可归纳为以下三个方面：
①在纳米尺度上了解生物大分子的精细结
构及其与功能的联系。
②在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用
扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的
结构信息等。
③纳米机器人的研制。
纳米机器人是纳米生物学中最具有诱
惑力的内容。
第一代纳米机器人是生物系统和机械系统
的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体
血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可以
用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、
从基因中除去有害的 DNA，或把正常的ＤＮ
Ａ安装在基因中，使机体正常运行
[1]
。
第二代纳米机器人是直接从原子或分
子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子
装置。
第三代纳米机器人将包含有纳米计算
机，是一种可以进行人机对话的装置。
3纳米机器人不久将进入我们的生活
用不了多久，个头只有分子大小的纳米
机器人将源源不断地进入人类的日常生活。
它们将为我们制造钻石、舰艇、鞋子、牛排
和复制更多的机器人。要它们停止工作只需
启动事先设定的程序。表面来看，上述想法
近乎不可思议：一项单一的技术在应用初期
就能治病、延缓衰老、清理有毒的废物、扩
大世界的食物供应、筑路、造汽车和造楼房？
这并非天方夜谭，也许在 21 世纪中叶前就
可以实现。全世界的研究机构都在想方设法
将这些设想变成现实。美国总统克林顿曾经
宣布成立美国国家纳米研究机构，承诺提供
50 亿美元进行这方面的尝试。
其实，纳米技术一词由来已久。理查
德·费恩曼是继爱因斯坦之后最有争议和
最伟大的理论物理学家，1959 年他在一次题
目为《在物质底层有大量的空间》的演讲中
提出：将来人类有可能建造一种分子大小的
微型机器，可以把分子甚至单个的原子作为
建筑构件在非常细小的空间构建物质，这意
味着人类可以在最底层空间制造任何东西。
从分子和原子着手改变和组织分子是化学
家和生物学家意欲到达的目标。这将使生产
程序变得非常简单，你只需将获取到的大量
的分子进行重新组合就可形成有用的物体。
事实上，每一个细胞都是一个活生生的纳米
技术应用的实例：细胞不仅将燃料转化为能
量，而且按照储存在 DNA 中的信息来建造和
激活蛋白质和酶，通过对不同物种的 DNA 进
行重组，基因工程家已经学会建造新的这类
纳米工具，例如用细菌细胞来生产医用激素。
1990 年 我国著名学者周海中教授在《论机
器人》一文中预言：到二十一世纪中叶，纳
米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方
式。
3 纳米机器人结构与特点
米机器人警察不在理论上，纳米机器
可以构建所有的物体。当然从理论到真正实
现应用是不能等同的，但纳米机械专家已经
表明，实现纳米技术的应用是可行的。在扫
描隧道电子显微镜帮助下，纳米机械专家已
经能将独立的原子安排成自然界从未有的
结构。此外，纳米机械专家还设计出了只由
几个分子组成的微小齿轮和马达。（切勿将
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