单分子马达

INTRODUCTION

美国研究人员制造出了世界上最小的马达——只有一个分子那么大。这种马达是一个丁基甲基硫醚分子，由电子流驱动。如果能让它在人类的控制下运作，就能利用它做很多事。

多年来，世界上最小的马达的直径为200纳米。它确实很小，只有一个红细胞的1/40。但美国塔夫茨大学的查尔斯·塞克斯（Charles Sykes）及其团队目前已经打破了这个纪录，他们所制造的马达是直径仅有1纳米的单个分子。与其他较大的马达不同，这种马达不是由化学反应或光能驱动的，而是用电子流来驱动。荷兰代尔夫特理工大学的约翰尼斯·塞尔登豪斯（Johannes Seldenthuis）说：“其实已经有很多人设计过这类分子马达，但能真正运作的，这还是第一个。”

现在，让我们看看塞克斯及其团队是如何制造这种马达的。这种马达是一个放在铜块表面的丁基甲基硫醚（butyl methyl sulfide，BuSMe）分子。BuSMe分子的一端是一个硫原子与四个碳原子，另一端则是一个碳原子。研究人员调低扫描电子显微镜，使它贴近铜块表面。电子显微镜释放出电子流，激发BuSMe分子内部的电子，使之来回旋转。由于这种分子是不对称的（该分子以硫原子为转轴，一个转臂为四个碳原子的丁基，另一个转臂为一个碳原子的甲基。当它旋转时，就会在显微镜下呈现出下图中齿轮状的样子），它的旋转会倾向于同一方向。渐渐地，受激分子就会沿着平面移动。

虽然这听起来并不像是马达，但它与人体内的分子马达却十分相似。塞克斯说：“如果你见过生物马达就会知道，它们只是在那里晃来晃去，看上去似乎根本没发挥什么作用。”实际上，我们身体里有很多这样的结构。例如，细胞膜中就分布着许多将离子导进导出的分子泵。另外，还有一些细胞马达，会将物质从细胞中的一个区域运载到另一个区域。

这就是单分子马达的重要意义所在。塞克斯说：“如果你能让它们在你的控制下运作，你就能利用它们做很多事。”如果研究人员能真正复制出细胞膜中的那种分子泵，那他们就可以用这些分子马达做一些非常高效的实验——把实验设备搬到微小的芯片上能减少每次实验所需的空间、费用和时间。