一天之内,向日葵随着的太阳东升西落,悄无声息地改变自己花朵的朝向,紧跟着太阳移动的步伐。近日,有科学家打算从纳米层面入手模拟向日葵,制造一种由阳光驱动的机器。这个点子听着像天方夜谭,因此科学家也被称为是地球上最伟大的魔术师。但要做到这一点,却远比向日葵向日移动困难很多,因为科学家首先必须将太阳能转化为热能或者电能,然后再将这些能量转化为机械能。美国佛罗里达大学的化学家正实验一种新装置,可以将光能直接转化为机械能。尽管该实验规模还相当有限,但意义却很深远。
该校的学术论文将很快公布在《纳米文摘》期刊的官网上。学校研究小组发明了一种新的“分子纳米马达”,可以仅用光子驱动。虽然以前也曾有过光子驱动的纳米马达,但“分子纳米马达”与以往的发明都有所不同:它仅由一个DNA分子构成。这一特点让“分子纳米马达”与众不同,因为它的简单构造让该装置更具灵活性:如果在现实世界中使用这种光子驱动的纳米马达,我们可以轻易地对其进行升级、改造。据称,这项新技术的应用非常广泛,可以用于制造业甚至医学界。
康怀志是佛罗里达大学化学系的博士研究生,也是即将发表论文的dy作者。他解释说,该马达易组装、部件少,从理论上说应该效率更高。据初步估算,纳米马达利用太阳光的效率比传统太阳能电池要高很多:它所能利用的能量与其体积成正比。但马达体积并不能成为该技术发展的限制因素。
如果能正式投入使用,“分子纳米马达”将能轻易地修复失效的电池。另外,DNA分子生产相对而言比较简单,而且可再生,更安全。人类甚至可以利用它来杀灭人体内的病毒和细菌,因为“分子纳米马达”完全由DNA构成,不会引起任何排斥反应。但想要把“分子纳米马达”应用于实际操作中却并不容易,因为单个马达体积、功率都很小,如果想要用其驱动汽车或者生产线,需要将上万亿个马达联合起来,并让它们一起“和谐”工作。
“分子纳米马达”是这样产生的:佛罗里达大学的研究小组首先将实验室制造的DNA分子与偶氮苯组合。偶氮苯是能与光反应的化合物。随后,研究人员将纳米马达的一端安上荧光团(一种发光体),用来驱动马达。在另一端,研究人员装上了骤冷器,用来熄灭荧光团发出的光。最后,他们用仪器记录下了不同强度的光对马达运动的影响。