作原理
研制纳米机器人的可能途径：化学模拟
化学家很早就开始模拟酶 分子的活性中心结构制造“模拟 酶”，这实际上就是在研制纳米机 器人，因为每一个酶分子都是一个 活生生的纳米机器人。 但是目前只模拟了酶活性 中心功能基团在空间位置上的配置， 未模拟功能基团在催化底物反应时 出现的动作，这种动作应当足以打 开一个化学键或者合成一个化学键。 一旦模拟出具有催化动作 的“模拟酶”，化学合成的纳米机 器人也就诞生了。
结构体系与工作原理
动力部件 有机材料：DNA、 蛋白质、ATP、病 毒、细菌等 连接部件 结构部件 无机材料：纳米材 料、TNC、聚合物 等 传感器 控制器 操作任务
连接
和
纳米机器人 运动和操作
控制
工作环境
动力部件为纳米驱动器或分子马达，如无机材料建造的纳米 电机、病毒蛋白直线VPL马达、ATP马达、DNA马达、鞭毛马达等； 结构件、连接件由无机纳米材料或者生物物质构建，如TNC、DNA 关节、蛋白质等；传感器由可感知生化信号的纳米传感器组成；第 三代纳米机器人甚至包含控制器或生物计算机。
结构体系与工作原理
有没有可能实现仿照人类尺度机械的纳米机械？
所谓的微机电系统发展非常迅速。但这些机械的 功能还相当简单，它们是微小机械，不是纳米级的机械。 第一个真正的纳米尺度的机电系统仅仅在过去几年中才出 现，并且只是实验性质的。
一个至关重要的问题是摩擦和粘性，微型器件表 面积比率更大。表面效应变得比宏观器件更加显著。如果 值得做，这样的问题最终会被解决，但是现在它带给人们 的是困难的技术挑战。毫无疑问，我们将会发展出更复杂 的纳米机械以及类似人类尺度机械的纳米机械模型，但是 在我们制造出任何实际用途的纳米器件之前，还有很长的 一段路要走。也没有任何理由认为纳米机械一定要和人类 尺度机械相似。
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脂类分子构成的微囊泡
结构体系与工作原理
研制纳米机器人的可能途径：利用生物分子作为分子功能器件组装纳米机器人
ATP酶作为分子发动机的研究已经在 西方形成热点领域。ATP酶在生物体内是执行 能量转换的关键分子之一，它和呼吸链酶系共 同组成线粒体的能量转化体系。
呼吸链传递电子是通过几个生物大分 子的氧化还原变化而实现的，这些大分子按照 氧化还原电位的高低有序地把底物电子逐一传 递，最终把电子传递给氧。作为分子马达进行 研究的ATP酶和呼吸链的四个复合物共同组成 线粒体的能量转化体系。 ATP酶
结构体系与工作原理
纳 米 机 器 人 概 念 图
结构体系与工作原理
纳米机器人的研制属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物 学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。 纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新 现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。 目前依照纳米机器人的结构构成以及研究进展，纳米机器人主要可 分为三代： 第一代是生物系统和机械系统的有机结合体，例如用碳纳米管做结 构件，分子马达作为动力组件，DNA关节作为连接件等； 第二代是直接利用原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分 子装置，例如直接用原子、DNA片段或者蛋白质分子装配成生物纳米机器 人； 第三代将包含有控制器，如纳米芯片、纳米计算机等。
模拟酶
结构体系与工作原理
研制纳米机器人的可能途径：利用分子的自组合原理装配机器人
生物分子在各个层次 上存在着自组合的性质，利用 分子的自组合特性装配纳米机 器人是一个值得探索的途径。 比如构成生物膜的脂 类分子在水溶液中会自组合成 双分子层微囊泡，科学家利用 这种微囊泡把抗癌药包裹起来， 避免药物对正常细胞的杀伤作 用。利用抗体分子对抗原的专 一识别作用，把一种专一识别 癌细胞特有抗原分子的抗体分 子装在微囊泡表面，如此制成 的药物载体如同“生物导弹”。
结构体系与工作原理
2009年度“十大科学新闻”评选候选新闻：
12.科学家研制出纳米齿轮 6月22日，新加坡科学技术研 究局材料研究与工程研究所的科学家， 研制出世界首个附在原子轴上的分子级 齿轮，其大小仅为1.2纳米，旋转也能 收到精确控制。制造出原子大小的齿轮 并不困难，但实现对微型齿轮运动的精 确控制却并非易事。这些科学家通过对 位于原子轴上的纳米齿轮及扫描隧道显 微镜尖端间的电子连接进行操控，实现 了对齿轮旋转的良好控制，从而解决了 无序运动这一科学难题。 纳米齿轮