人類可以用小的機器制作更小的機器,最後將逐個地排列原子,制造產品。這是著名物理學家諾貝爾獲得者理查德·費曼1959年對納米技術的最早夢想。從此,人類就開始了對納米世界的探求。美國賴斯大學的科學家近期利用納米技術制造出了世界上最小汽車。和真正的汽車壹樣,這種納米車擁有能夠轉動的輪子。只是它們的體積如此之小,甚至即使有兩萬輛納米車並列行駛在壹根頭發上也不會發生交通擁堵。
車身雖小,部件齊全
整輛納米車對角線的長度僅為3至4納米,比單股的DNA稍寬,而壹根頭發的直徑大約是8萬納米。
不過納米車雖小,也擁有底盤、車軸等基本部件。其輪子是用60個碳原子組成足球狀單壹分子。這使得納米車在外觀上,看起來像啞鈴。它利用壹種三合體作軸,連接每個輪子的軸都能獨立轉動,使得這種車能夠在凹凸不平的原子表面行進。
據專家介紹,以前也曾有人制造出過納米級的超微型“汽車”。但新問世的這輛“汽車”卻與其前輩們有著很大不同:這輛納米車是世界上首個利用滾動前進的納米結構物質,此前的所謂納米車只是通過滑動來前進。這項技術是在賴斯大學詹姆斯·托爾教授的領導下,經過8年研發而成。托爾說:“就是它了,妳不能再建造更小的原子運輸工具了。”他的同事凱文·凱利說:“建造壹個可以在平面上滑動的納米工具已經不是什麽難題了。證明納米物體是旋轉滾動,而不是滑行或者滑動,才是這個工程中最困難的壹部分。因此,這項突破是近來在微型領域中最重要的壹項成果”。
納米是指壹米的十億分之壹,納米物質則是由幾十到上千個分子組成。由於體積十分小,這給它們壹些特性,如納米車不受摩擦力的影響,它的輪子是個結構緊密的單壹分子、很難分散成單獨的碳原子。
高溫下車輪滾動前行
納米車95%的重量都是碳元素,此外還有壹些氫和氧原子。整個制造過程大致與分子合成藥物的步驟相似,分成20步。制造完成後,再被置於甲苯氣體中,放置於金片表面。
在常溫下,納米車的輪子會和金片表面緊密結合,當把金質金屬表面加熱到200℃的高溫後,放置在上面的納米車由於變性就能開始運動。現在還不知道在沒有外力作用時它們會向前還是向後運動,但是壹旦開始,就不會停頓或改變方向,直到停止加熱。
不過研究人員發現,通過施加磁場,他們能夠改變納米車的運動方向。此外,科學家還可以通過精微尖端抓住納米車,拖動其前進。科學家還為納米車制造了壹臺世界上最小的馬達,它是由30個碳原子和壹些硫原子組成,利用光來驅動。但是當被放置在金質表面時,由於金屬分子吸收了大部分光,納米馬達無法得到足夠的動力。
實際應用尚需時日
這種納米車1克的材料就可以裝載約1000毫克的藥物分子,因為體積小,所以能在器官和血管中自由通行。它外形好似布滿規則小孔的“空心球”,裏邊裹挾著藥物,當納米送藥車在體外磁場的作用下抵達患處,然後經過調節患處酸堿度或離子強度,納米車的“外衣”就會脫去,小車上裝載的藥物就被釋放出來。研究人員希望這種特殊的交通工具能夠被用於分子構造領域。改進後的納米車能夠承載壹個分子的“貨物”,在納米工廠之間運送原子和分子。未來人們能利用大批量這樣的微型機器來建造新材料。
但有人質疑分子制造業是不切實際的,它還可能給環境帶來無法預測的風險,如大量納米機器通過自我復制導致泛濫成災。但是科學家普遍認為,那樣的情形只可能在科幻小說中出現。托爾教授表示,目前他並不打算為納米車技術申請專利權,因為他認為至少需要壹代人的時間才能解決分子制造中的多個技術難題。他說:“等妳利用該項技術開發出實用產業時,專利權早就過期了。”
這項研究的資助方是美國得克薩斯州壹家名叫Zyvex的納米技術公司、美國國家科學基金會以及日本本田公司。