世界最小计算机揭秘：仅有17个分子(图)
2008-7-14 10:32:12   新知客杂志

　　这种情况让美国迈特公司的纳米技术专家詹姆斯• 埃伦博根教授坚信，班德亚帕德耶博士的成果具有重大的意义：“一旦我们掌握了制造这种体积不超过盐粒大的计算机的技术，我们就会从根本上处于一种新的形势。自然界有各种分子，到目前为止，直接利用自然界中的分子来制造计算机，是我所知道的突破计算机运算极限的唯一方式。”

　　“人工智能专家们已开始认识到，如果要制造和人脑一样复杂的电脑，模仿生物学是他们的最佳选择。”美国马萨诸塞州库日韦尔技术公司的雷• 库日韦尔说，“因此，电脑公司和大学研究人员都忙着学习生物学速成课程。” 2003 年，以色列魏兹曼研究院耶胡达• 夏皮罗教授在试管中研制出具有数学计算功能的分子计算机，这台计算机只有一滴水滴大小，却包含有数目繁多的器件。它用酶做硬件，用DNA 分子作为软件，内部包含有1 万亿个活的细胞，每秒钟可完成10 亿次计算，准确率高达99.8%。但夏皮罗的同事伊塔玛尔• 魏兹曼强调，研究的主要意图并不在于突出分子计算机的运算速度：“我们希望分子计算机能够实现生物监控设备的作用，譬如，它植入人体内可以监控患者药剂使用状况和生理反应。”

　　有脑子的纳米机器人

　　班德亚帕德耶对分子计算机在医学领域的应用很感兴趣：“设想装配这样的分子仪器并植入血液中，或许能够摧毁人体内的癌细胞。”2008 年4 月，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员在这方面领先了一步，他们造出了可以储藏、输送抗癌药物并在光的作用下释放药物攻击癌细胞的分子装置。该装置由中孔硅纳米粒子制成，其内部细孔涂覆了化学物质偶氮苯，抗癌药物可以装载在这种细孔中。由于偶氮苯具有光致变色特性，在光的作用下具有两种振动形态。研究人员首先让上述装置在黑暗中进入置于玻璃器皿中的人类癌细胞内，然后用光照射使它振动，分子装置细孔中的抗癌药物随之被释放出来攻击癌细胞。

　　这套操作装置有个时髦的称呼：“纳米机器人”。班德亚帕德耶还有更有趣的想法：造一个纳米计算机，然后将“主机”与分子构成的发动机、推进器、转换装置、电梯、传感器等结合在一起，使它们有机地结合成一个整体。他开始为分子计算机寻找一种与其他装置对接的方法，“目前它已经可以与8 种混合装置对接，工作起来就像一个微型工厂。我还要把它变成有记忆和行动能力的纳米机器人。”

　　南巴黎大学分子光物理实验室的迪雅尔丹教授认为，这种想法需要满足苛刻的条件：“首先是化学领域创造出纳米级的单分子机械机构，其次是找到精确控制单分子的方法，第三是研制出可传递信息的机器人‘大脑’装置。”

　　第一个条件已经渐渐成为现实：2007 年被法国图卢兹材料设计和结构研究中心与德国柏林大学的科学家们“组装”出来的纳米机器“分子轮”，就由两个直径为0.7 纳米的三苯甲基分子“车轮”组成。研究人员借助扫描探针式显微镜(SPM)的电子探针来驱动“车轮”旋转。

　　电子探针位于SPM 的终端，科学家像操纵游戏机杠杆一样操纵它与样品表面轻轻接触，根据探针与样品表面极其微弱的排斥力变化，再通过光学或电流原理将其进行放大和分析，测定出样品表面的形貌信息和探针所处的位置，并把它的活动放大上亿倍后在电脑屏幕上显示出来。SPM 探针带有电性，因此人们通常顺便用它来控制操作镜头下的单分子，1989 年，IBM 公司操纵35 个氙原子，在镍金属表面拼出“IBM”三个字母，开了纳米微操作先河。

　　班德亚帕德耶同样采用了这种方法，但它并非理想的首选。SPM 探针明显比他的分子“小汽车”要大上许多，用来操纵他的“小汽车”，就如同现实世界中用树枝来拨弄小蚂蚁的每一条腿一样困难。班德亚帕德耶希望未来可以使用分子代替带电传导针实现对微型纳米电脑的控制。“这样第二、第三个条件也能满足了。”