分子机器

分子机器，指由分子尺度的物质构成、能行使某种加工功能的机器，其构件主要是蛋白质等生物分子。因其尺寸多为纳米级，又称生物纳米机器，具有小尺寸、多样性、自指导、有机组成、自组装、准确高效、分子柔性、自适应、仅依靠化学能或热能驱动、分子调剂等其他人造机器难以比拟的性能，因此研究生物纳米机器具有重大意义。它可以促进生物学发现，深入认识蛋白质分子机器机制，开发生物分子机器和促进仿生学发展。

分子机器诞生分子机器是纳米研究领域的重点。2007年新年伊始，法国图卢兹材料设计和结构研究中心与德国柏林大学科学家就在美国《自然纳米技术》杂志上共同发布了一项重要成果：成功研制出可旋转的“分子轮”，并组装出了真正意义上的第一台生物分子机器。

动力来源分子机器的动力来源主要有化学驱动、电驱动和光驱动。比如ATP合成酶转子是由于质子的流动而旋转，这属于化学驱动；索烃是由于铜离子电子的得失而行使其功能，属于电驱动；而分子蠕虫的“前进”是光照引起了偶氮分子构象的改变引起的，这属于光驱动。

研究历史1979年 日本崇城大学的超分子化学家新海征治Seiji****Shinkai实现了第一例光控的“分子纳米机器”

1983年 Sauvage首次使用金属模板法诱导索烃的合成。

1994年 Sauvage合成了一例可以依靠电化学进行旋转驱动的索烃。

从上世纪90年代起，法国图卢兹材料设计和结构研究中心就已着手研制分子机器。1998年成功合成平面分子车轮；2005年首次研制出分子发动机；2007年研制出的“分子轮”是第一台真正的分子机器。这个非常奇特的分子包括2个直径为0.7纳米，由三苯甲基分子组成，被固定在长0.6纳米的轴上的“车轮”。所有分子机器的化学结构均被固定在铜基上。

研究人员确信，“分子轮”将在复杂的纳米机器如分子卡车和分子纳米机器人等领域占有重要位置，可用于在人体细胞内清除病灶、充当药物运输的人造载体及形成分子阀门等。

分子机器从分子机器人能够在生物体内自动生成来设想，其最初的应用似乎应是以医疗等领域为中心。比如针对病毒的分子机器人，也许可以通过研发分子钳予以实现。加工分子钳前端的部件，使它只能与特定的病毒相结合。而且，可以利用分子钳那样的分子机器人，向癌肿部位集中送达药剂等。 随着生物技术水准的迅速进步，这样的生物技术药物可能会很快地代替现有药物，为人类创造更好的福祉，可是这些构建出来的融合蛋白还远远未能表达出人们所企求的结构和功能水准——人工多结构域“蛋白质机器”所应该具有的理想境界，充其量它们只能算作是蛋白质分子机器的一个雏形。现在，正有科学家试图把如此重要的机械在分子尺寸上组装起来，制造一种极其微小的装置，科学家意图使用这种装置来操控别的分子，运用于医学可以用来清除肌体深处的病毒、癌细胞等，它们具有不可限量的应用前景。

目前，不少国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占分子机器人这种新科技的战略高地。《机器人时代》月刊日前指出：分子机器人潜在用途十分广泛，其中特别重要的就是应用于医疗和军事领域。

每一种新科技的出现，似乎都包涵着无限可能。用不了多久，个头只有分子大小的神奇分子机器人将源源不断地进入人类的日常生活。

相关获奖2016年10月5日，诺贝尔化学奖授予让-皮埃尔·索维奇、J.弗雷泽·斯托达特和伯纳德·L·费林加。以表彰其设计并建造了最小的机器“分子机器”。1

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学