納米計算機與納米技術(shù)(文件)
【正文】 成鍵的多功能性，因為它們能利用熟悉的分子運動來形成鍵，并且能引導(dǎo)這些運動，而這是化學(xué)家做不到的。因為只有一種連接可能性，所以他們可以確信下一個會連到正確的位置上。通過結(jié)合一個又一個的分子到工件上，機器會組裝出越來越大的結(jié)構(gòu)體同時保持對結(jié)合到主體上的原子的完全控制。蛋白質(zhì)機器因此可以集中酶的分解與結(jié)合能力以及核糖體的可編程性質(zhì)于一身。特別是，一些將作為組裝分子結(jié)構(gòu)的改進裝置，能忍受酸性或真空，冷凍或烘烤。 因為裝配工可以讓我們把原子按任何合理的順序排列，它們可以幫我們建造任何自然法則允許存在的東西，特別是，它們可以讓我們能按照設(shè)計建造任何東西——包括更多的裝配工。通過使用組裝機，我們將能重塑我們的世界或者毀滅它?！ 傲孔恿W(xué)的不確定性原理會不會使分子機器無法工作？” 這條原理說明粒子不能被固定在一個精確的位置，在任何可確定的時間范圍內(nèi)。原子作為一個整體來說具有相當(dāng)明確的位置，而這是由它的相對厚重的原子核決定的。除開熱振動不談，細胞中的DNA復(fù)制機制在100，000，000，000次復(fù)制中只有不到一次出錯?；罴毎啻物@示了此種結(jié)果：它們整年地工作來修補和替換被輻射破壞的部分?！ 坝捎谶M化沒有產(chǎn)生組裝機，是否說明它們是不可能實現(xiàn)的或者是無用的？” 前面的問題可以部分地用細胞中工作的分子機器來回答?！ ⌒滦偷募{米機器能帶來新的有用的能力的觀點可能是令人吃驚的：在幾十億年的進化中，生命從來沒有拋棄它對蛋白質(zhì)機器的基本的信念。 改進的分子機器也不會比合金鋼的強度10倍于骨頭，或者銅導(dǎo)線傳導(dǎo)信號的速度100萬倍于神經(jīng)傳導(dǎo)的速度而更使我們吃驚。它們象核糖體那樣可編程，而且可以使用比細胞中的酶更多的工具?！ 笆欠裆哂心撤N魔力，而在實質(zhì)上使得分子機器工作？” 人們可能會懷疑人造的納米機器是否能和細胞中的納米機器具有同樣的能力，如果有證據(jù)表明細胞中存在有某種魔力使之工作的話。通過化學(xué)物質(zhì)，生化學(xué)家建造了能工作的蛋白質(zhì)機器而不用活細胞的幫助。這些進展將會在10到50年內(nèi)席卷全球——就是說，在我們的一生之內(nèi)。由于化學(xué)反應(yīng)可以把原子按不同方式結(jié)合，而且分子機器可以按照程序指令引導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)，組裝機確實是可行的。今日的電子技術(shù)的精度極限是不確定的因為電子在微小結(jié)構(gòu)中的量子特性帶來了復(fù)雜問題，一些問題是不確定性原理導(dǎo)致的直接后果。一臺電子計算機由一堆可以彼此互相開關(guān)的開關(guān)組成，它的開關(guān)開始時是一種組合圖案（可能代表2+2）然后彼此開關(guān)又形成了另一種圖案（代表4），等等?！ ≡诖擞绊懴?，麻省理工學(xué)院人工智能實驗室的Danny Hillis 和 Brian Silverman建造了一臺能玩跳棋的機械計算機，在一邊有碼尺，充滿了旋轉(zhuǎn)軸和活動框架，代表了棋盤的狀態(tài)和游戲的策略，它現(xiàn)在存于波士頓的計算機博物館。一臺具有1G字節(jié)存儲量的機械計算機將能裝進一個邊長1微米的方盒子里，大約和一個細菌的個頭差不多大。費曼提議的一項計劃得以實現(xiàn)的話?！ 〗M裝機可以幫助工程師合成物體，它們的親戚，分解機，將可以幫助科學(xué)家和工程師分解物體。更進一步的，納米機器將同樣地使用機械力把一團原子撬開?！ ?chuàng)造新事物的世界 組裝機將要過些年才能出現(xiàn)，但它們的出現(xiàn)看起來是不可避免的：雖然通向組裝機的路徑還有很多步要走，但每一步都在接近，并且每一步都會立刻帶來回報。隨著計算機輔助設(shè)計加速分子工具的發(fā)展，組裝機方向的進展也將加速。它們將提供有用的指導(dǎo)。它們肯定能帶來意義深遠的改變，就象工業(yè)革命，抗生素和核武器都帶來了巨大的突破一樣。其他通向組裝機的途徑也顯示了可能性。組裝機，分解機，和納米計算機將在一起工作。酶，酸，氧化劑，堿金屬，離子以及被稱為“自由基”的反應(yīng)原子團——所有這些都可以打斷化學(xué)鍵移走原子團?！ 》纸鈾C 分子計算機將控制分子組裝機，為安放巨大數(shù)量的原子提供快速的指令流。所以一臺純機械計算機將比現(xiàn)在的電子計算機工作的更快?！ ↑S銅齒輪和兒童玩具制成了大而慢的計算機。工程師們用微電路來制造計算機只是因為由電線和杠桿組成的機械開關(guān)又大、又慢、又不可靠并且昂貴，按今天的標(biāo)準(zhǔn)來看。 最快的計算機將利用電子效應(yīng)，但最小的未必如此。 使用目前的體積技術(shù)，工程師們通過向硅片噴射原子和光子來形成圖案，但是圖案是平面的并且分子水平的缺陷是難以避免的?！ ∈遣皇羌{米技術(shù)和組裝機的可能性足以引起重視？看起來是這樣的，因為這件事的核心是建立在兩個確定的科學(xué)和工程事實之上的。支配生命的自然法則同樣也支配宇宙中其它的事物。事實上，這些知識是生物學(xué)的基石。象個工業(yè)機械手——而不象任何活細胞中的東西——它們可以在程序控制下在三維空間中旋轉(zhuǎn)和移動分子，使得精確裝配復(fù)雜物體成為可能。未來將帶給我們生物進化上的更多例子，第二代納米機器只是其中之一。由于DNA/RNA/核糖體系統(tǒng)是特別用來制造蛋白質(zhì)的，生命實際上沒有機會發(fā)展另外的系統(tǒng)。但是盡管和核糖體有基本的相似性，組裝機還是不同于細胞中發(fā)現(xiàn)的任何東西，它們做的事——雖然是由普通的分子運動和反應(yīng)組成——卻能帶來奇異的結(jié)果。當(dāng)然如果一個納米機器系統(tǒng)要可靠工作，它必須能容忍一定的破壞，并且被破壞的部件也必須能被有規(guī)律地修補和替換。組裝機也需要相似的錯誤檢查和錯誤糾正機制以達到可靠的結(jié)果。你不用學(xué)過量子力學(xué)就可以確信這個結(jié)論，因為細胞中的分子機器已經(jīng)證明了分子機器是可以工作的。雖然如此，計算表明不確定性對放置原子來說并不是重要的限制因素，至少對這里概略討論的目的來說是這樣?！ ∶鞔_結(jié)論 在前面我討論過的所有內(nèi)容都是基于已被證明的化學(xué)和分子生物學(xué)事實。組裝機將開創(chuàng)一個新技術(shù)的世界。它們能把原子結(jié)合成任何穩(wěn)定的形態(tài)，可以一次一點地把零件加到工件表面直到形成一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)體?！ ∫驗槲覀兊氖种溉菀妆徊羵驙C傷，所以我們制造了鋼鉗，而因為蛋白質(zhì)機器容易變形和分解，我們將制造由更堅硬的材料制成的納米機器?！ 【拖蠛颂求w一樣，這種納米機器能在分子磁帶的指導(dǎo)下工作?！ ∫粋€可變形的可編程的蛋白質(zhì)機器可以抓住一個大分子（工件）同時又相應(yīng)地在對應(yīng)的位置抓住一
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