| 生物纳米机器离我们有多远 |
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| 科技日报 2006-12-14 |
研制纳米直升机在人体细胞内发放药物，开发人工红血球向缺氧的脏器提供氧气……这些看似天方夜谭的医学研究创意，都是源于自然界生物分子机器给人类的启示。
在日前举行的香山科学会议第293次学术讨论会“纳米医药与纳米生物学前沿”上，“生物纳米机器”成为会议的关注焦点之一。专家呼吁我国应加强学科整合，从纳米角度认识生物机器，尽快在前沿基础科学研究领域中抢占一席之地。
由分子尺度物质构成能行使某种加工功能的机器称为分子机器，而生物分子机器的构成部件是蛋白质等生物分子，因为它们的尺寸多为纳米级别，所以又称生物纳米机器。
“细胞生物学知识早就告诉我们，生物细胞好似一个工厂，无数的分子机器在其中有组织地、有机地、协调地、高效地工作，进行物质和能量的转化，维持细胞和个体生命活动。”香山会议执行主席之一、科技部基础司张先恩研究员告诉记者，每个细胞都含有多种类型的分子机器。小的如各种单分子酶，能够特异性地、高效地将底物（原料）转变成细胞所需要的各种物质和能量；大的如由多种蛋白质和其它类型的分子构成的细胞器。比较复杂的蛋白质机器有核糖体蛋白质合成机器、分子马达（ATP酶）、DNA复制机器、转录机器、DNA错配修复系统、蛋白质转运机器等。
为能让与会者有直观形象的了解，张先恩展示了一系列模拟生物纳米机器工作原理的动画片。例如，鞭毛是细菌主要的运动器官，天然呈螺旋型。解析其结构，就如同一个由定子、转子、轴承和其他部件组成的运动推进器，成为高效灵活细菌运动器官。
专家们认为，自然界给人类提供了很好的启示，如利用紫膜，开发人工复眼、光探测器、光电池；研究离子通道，制造纳米开关、信号放大器等。美国康纳尔大学就利用ATP酶作为分子马达，加上螺旋桨式的金属镍棒，研制出了一种可以进入人体细胞的“纳米直升机”，用于清淤和载药。
“但是，哪怕是解析最简单的生物机器，都要付出长期艰辛的努力。”张先恩说。
张先恩认为，由于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、分子调剂等其它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的结构与功能及工作原理、开发生物分子机器、促进仿生学发展。
“虽然，有科学家已经构建了一些简单的生物器件如DNA编织构件、细胞膜分子穿孔器、分子传感器等，但是总体来说，目前相关研究还停留在探明机理的基础研究阶段。”
谈到研究水平，张先恩认为，迄今为止，对生物纳米机器的认识，主要基于分子生物学和细胞生物学的原理和方法，但是还缺乏从纳米角度来认识物质在纳米尺寸发生的性质变化。
生物纳米机器离我们有多远？“由于研究手段的局限，至今，我们对它们还了解甚少。此外，生物纳米机器本身的一些固有的缺陷，如体外稳定性差，工作寿命短，人为操纵也很困难，这让许多研究者望而却步。”张先恩透露，目前，国家启动了纳米科学计划，“973”项目也进行了相关部署。他呼吁，物理学、化学、材料学和信息科学领域的专家可与生物学家一道工作，通过学科交叉融合，在相关研究方面做出新的贡献。
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