科幻小說有過這樣的場景：一個比細(xì)胞還要小的納米機器人，可以進(jìn)入細(xì)胞，收到命令后它就能吞噬病毒，殺掉癌細(xì)胞……幻想一下，如果科幻成真，那醫(yī)生治病就方便很多，只需要把納米機器人放入病人體內(nèi)，然后納米機器人會自己完成“手術(shù)”。但是，人類目前無法造出這么小的機器人，最重要的原因是沒有足夠小的發(fā)動機。分子馬達(dá)既然能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能，一旦被人類完美地利用，完全可以充當(dāng)納米機器人的發(fā)動機。

化學(xué)家報道了一種分子馬達(dá)，當(dāng)它們被紫外線激活時，分子馬達(dá)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入細(xì)胞。 這樣的分子鉆頭通過滑行或穿足夠多的孔來破壞癌細(xì)胞的完整性，為開放性治療開辟了新的途徑。萊斯大學(xué)的化學(xué)家James M. Tour說：“研究顯示，新一代治療劑即將到來，這些分子馬達(dá)可以鉆開細(xì)胞——要么允許藥物進(jìn)入細(xì)胞，要么使細(xì)胞迅速死亡。”

分子馬達(dá)的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖（來源：Nature）

Tour的研究一直專注于創(chuàng)建分子機器。 他的實驗室創(chuàng)造了第一個納米碳。 當(dāng)他解釋他的研究時，人們經(jīng)常問他分子機器有一天可以用來治療疾病嗎？當(dāng)分子機器發(fā)明者去年獲得諾貝爾化學(xué)獎時，這些問題才加劇了。因為分子機器比生物結(jié)構(gòu)如細(xì)胞小得多，所以Tour并不認(rèn)為它們可能成為醫(yī)學(xué)的實用工具。 但是，他說，他突然想到，用分子馬達(dá)旋轉(zhuǎn)圍繞一個細(xì)胞可能會產(chǎn)生有趣的結(jié)果。所以他與達(dá)勒姆大學(xué)的羅伯特·帕爾（Robert Pal），北卡羅來納州立大學(xué)的王鳳峰（Mike Wang）和賴斯的雅各布·羅賓遜（Jacob T. Robinson）合作，探討了這個想法。

化學(xué)家根據(jù)諾貝爾獎得主本·福雷加在格羅寧根大學(xué)實驗室（Nature 2017，DOI：10.1038 / nature23657）的設(shè)計創(chuàng)造了幾個馬達(dá)分子。在紫外光下，分子馬達(dá)中的雙鍵異構(gòu)化，馬達(dá)轉(zhuǎn)動了起來形成旋轉(zhuǎn)的分子馬達(dá)。旋轉(zhuǎn)的分子馬達(dá)相當(dāng)于電動機的轉(zhuǎn)子部分，它可以結(jié)合定子部分。

旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)結(jié)合更大定子部分