纳米火车派什么用场

纳米火车派什么用场

儿童喜欢看卡通片，爱读童话、神话书少年开始爱上科幻小说。他们也知道，故事中的人物都是虚构的，无论是中国的孙悟空、马良，还是外国的白雪公主和小矮人只存在于人们的想像之中，只是一个幻想。

少年儿童怀有一颗好奇的心，对一切新鲜的事物都充满兴趣，对幻想也同样抱有热情，想像力十分丰富。在想像中，展示了他们对未来的憧憬，反映了对知识的追求。

好奇，不是少年儿童的“专利”，科学家也是怀有好奇心，富于想像的人。纳米技术刚刚兴起，就有科学家想到会出现小到不能再小的机器人，这些机器人将成为装配工、运输工，按照设计的图纸，制造出各种机器，包括汽车和火箭。

福格尔原来是物理学家，现在改行从事生物工程研究，她发挥自己的想像力，未来的纳米机器人一定需要运输工具，就着手进行研究，要制造一部纳米火车，希望纳米火车能在甲点和乙点之间往返运送货物。

在华盛顿大学，福格尔正在把自己的想像变为现实。由于纳米火车特别微小，轨道不再是铁轨，而是塑料之王特氟隆，也就是贴在不粘锅表面的那种塑料。特氟隆耐腐蚀，特滑溜。在轨道上跑的货车，是一段段细微的管道，它只有头发直径的1/1000粗，简称“微管”。

微管是蛋白质，来自奶牛的大脑。牛脑的神经细胞中纵横交错地分布着管道，把管道切成一段段的微管，放在特氟隆组成的轨道里，它就成了装载货物的货车。

正像轨道不是铁轨那样，驱动纳米火车的也不是钢铁造的火车头，而是奶牛大脑中的驱动蛋白。驱动蛋白是一种细长的蛋白质，这种蛋白质分子，一端是两个肥大的“头”，另一端是两条粗壮的“腿”，能够顺着管道“走动”。走动的时候，一条腿附着在微管上，另一条腿就跨了出去，每步的距离是8纳米。

真是一个富于想像的实验，纳米火车离开了火，不用燃料作动力，而是用蛋白质来驱动，真想得出。这反映出在纳米技术中，生物化学能发挥它的作用，福格尔有位同事是研究生物化学的，正在研究奶牛大脑里的细胞是怎样运输各种化学物质的。不论动物或植物的细胞内都有一个运输网络，运来有用的化学物质，又把废物送走。奶牛大脑的神经细胞相当长，运输任务很重，完成运输任务的正是驱动蛋白。

用纳米世界的眼光来衡量，驱动蛋白的力量不算小，足以把一根结实的微管折成两段。于是，福格尔选中了驱动蛋白来当做纳米火车的动力。实验证明，这个类似幻想的想法是正确的，把奶牛大脑中的驱动蛋白取出来，涂在滑道上，它已经能够驮着货车(一小段微道)，漫无目的地四处乱动。

四处乱动的驱动蛋白已经显示了它的力量，下一步的工作就是限制它的乱动，把它的作用限制在轨道中，成为一节节货车。轨道建在光滑的特氟隆表面，在光滑表面划出一道凹槽，迫使驱动蛋白只能在凹槽里朝一个方向运动。

用一束X光或电子束是可以刻出凹槽的，但是，X光也好，电子束也好，刻出来的凹槽都太宽，有100纳米。后来，找到了一种新技术，用原子力显微镜改装成“笔”，划出的凹槽可以细到30纳米，这样，就可以轻而易举地制造出纳米火车的轨道。因此，纳米火车不是靠轮子在两条轨道上滚动，而是生命物质——驱动蛋白在凹槽内运动。

纳米火车比细菌还小，无法供人参观，实验人员也只能通过显微镜去观察，为了看得更清楚，微管上涂了荧光涂料。后来看到，把驱动蛋白铺到作为轨道的凹槽上的时候，竟高出了一大截，原来凹槽深度只有25纳米，容不下胖胖的驱动蛋白，货车就可能脱离轨道，向旁边驶去。研究后得出结论，应该控制驱动蛋白的浓度，浓度不高不低的时候，驱动蛋白就乖乖地沿着轨道运动。

有了轨道，有了会运动的驱动蛋白，有当做货车的微管，纳米火车似乎可以开动了。到这时还要交待一下，纳米火车的能源是什么。当然不是煤和石油，而是在动物体内的现成能源:三磷酸腺苷(ATP)。初步设定，纳米火车的速度是每秒1微米，只要减少ATP的供应，车速就会慢下来。

最后的问题，也是一个尚未有明确答案的问题，纳米火车用来运送什么货物呢?作为试验，首先将在货车上装载生物素分子，这是一种可以从蛋黄中找到的维生素，也可以是别的抗生物素蛋白，总之这是些容易看得见的光点，而且不同货物呈现不同的彩色，这就容易观察出这些火车是否会相互碰撞，到底拉着货物能走多远。

这时，更需要想一想，纳米火车的用处在哪里，用这种微小的火车运什么货呀?

福格尔本人说，纳米火车只是实现幻想的中间步骤，在最近20年内能用纳米火车做什么，只能靠猜测。问题又回到本文开头所说的，需要发挥想像力。

这里，列出两个可能的前景，供读者去想像。

纳米火车运送的货物中，也许会有碳纳米管。未来的计算机芯片会采用碳纳米管来做导线，用碳纳米管组装的芯片只有现在硅芯片的1/1000大。目前，如何用碳纳米管来组装的方案还没有拿出来。发明纳米火车的科学家已经为这个方案准备好了运输工具，极富想像力地说:“如果在组装芯片时，需要运送碳纳米管的话，瞧，我已经作了准备，把世界上最小的火车，纳米火车拿去用吧。”

纳米火车也许是为未来的机器人准备的，这是一群一群比细菌还小的机器人，他们利用原子、分子或化学物质去组装微型电动机、螺旋桨，制造各种微型机器。机器人当中，有装配工，也有运输工，因此，用纳米火车来运送组件是必要的。

……

看过纳米火车的报道，真是大开眼界，没想到在纳米尺寸内居然能有火车，居然想出用奶牛大脑里的驱动蛋白来作动力能源。这个报道，把我们的眼光引入微观世界，看到了可能出现的机器。不过，正如发明纳米火车的福格尔所说，在最近20年内能用纳米火车做什么呢?

不知道。发明者本人尚且说不清，纳米尺寸的机器和机器人尚不知道是什么样，尚不知道有什么用，正在等待开发。