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N4鎳棒加工納米生物學(xué)能給我們什么啟示
研制納米直升機在人體細胞內(nèi)發(fā)放藥物，開發(fā)人工紅血球向缺氧的臟器提供氧氣……這些看似天方夜譚的醫(yī)學(xué)研究創(chuàng)意，都是源于自然界生物分子機器給人類的啟示。
在日前舉行的香山科學(xué)會議第次學(xué)術(shù)討論會“納米醫(yī)藥與納米生物學(xué)前沿”上，“生物納米機器”成為會議的關(guān)注焦點之一。專家呼吁我國應(yīng)加強學(xué)科整合，從納米角度認識生物機器，盡快在前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域中搶占一席之地。
由分子尺度物質(zhì)構(gòu)成能行使某種加工功能的機器稱為分子機器，而生物分子機器的構(gòu)成部件是蛋白質(zhì)等生物分子，因為它們的尺寸多為納米級別，所以又稱生物納米機器。
“細胞生物學(xué)知識早告訴我們，生物細胞好似一個工廠，無數(shù)的分子機器在其中有組織地、有機地、協(xié)調(diào)地、高地工作，進行物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化，維持細胞和個體生命活動。”香山會議執(zhí)行主席之一、科技部基礎(chǔ)司張先恩研究員告訴記者，每個細胞都含有多種類型的分子機器。小的如各種單分子酶，能夠特異性地、高地將底物（原料）轉(zhuǎn)變成細胞所需要的各種物質(zhì)和能量；大的如由多種蛋白質(zhì)和其它類型的分子構(gòu)成的細胞器。比較復(fù)雜的蛋白質(zhì)機器有核糖體蛋白質(zhì)合成機器、分子馬達（ATP酶）、DNA復(fù)制機器、轉(zhuǎn)錄機器、DNA錯配修復(fù)系統(tǒng)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運機器等。
為能讓與會者有直觀形象的了解，張先恩展示了一系列模擬生物納米機器工作原理的動畫片。例如，鞭毛是細主要的運動器官，天然呈螺旋型。解析其結(jié)構(gòu)，如同一個由定子、轉(zhuǎn)子、軸承和其他部件組成的運動推進器，成為高靈活細運動器官。
專家們認為，自然界給人類提供了很好的啟示，如利用紫膜，開發(fā)人工復(fù)眼、光探測器、光電池；研究離子通道，制造納米開關(guān)、信號放大器等。美國康納爾大學(xué)利用ATP酶作為分子馬達，加上螺旋槳式的金屬N4鎳棒，研制出了一種可以進入人體細胞的“納米直升機”，用于清淤和載。
“但是，哪怕是解析很簡單的生物機器，都要付出長期艱辛的努力�！睆埾榷髡f。
張先恩認為，由于生物納米機器具有小尺寸、多樣性、自指導(dǎo)、有機組成、自組裝、準(zhǔn)確高、分子柔性、自適應(yīng)、僅依靠化學(xué)能或熱能驅(qū)動、分子調(diào)劑等其它機器難以比擬的性能，因此研究生物納米機器具有重大意義。它可以促進生物學(xué)發(fā)現(xiàn)、深入認識蛋白質(zhì)分子機器的結(jié)構(gòu)與功能及工作原理、開發(fā)生物分子機器、促進仿生學(xué)發(fā)展。
“雖然，有科學(xué)家已經(jīng)構(gòu)建了一些簡單的生物器件如DNA編織構(gòu)件、細胞膜分子穿孔器、分子傳感器等，但是總體來說，N4鎳棒目前相關(guān)研究還停留在探明機理的基礎(chǔ)研究階段�！�
談到研究水平，張先恩認為，迄今為止，對生物納米機器的認識，主要基于分子生物學(xué)和細胞生物學(xué)的原理和方法，但是還缺乏從納米角度來認識物質(zhì)在納米尺寸發(fā)生的性質(zhì)變化。
生物納米機器離我們有多遠？“由于研究手段的局限，至今，我們對它們還了解甚少。此外，生物納米機器本身的一些固有的缺陷，如體外穩(wěn)定性差，工作壽命短，人為操縱也很困難，這讓許多研究者望而卻步�！睆垜c東透露，目前，國內(nèi)啟動了納米科學(xué)計劃，“”項目也進行了相關(guān)部署。他呼吁，物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)和信息科學(xué)領(lǐng)域的專家可與生物學(xué)家一道工作，通過學(xué)科交叉融合，在相關(guān)研究方面做出新的貢獻。
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