可编程物质
乐高积木在某种意义上可以算作“智能物质”,有自己的装配规则和预定功能,比如作为铰链或是车轮。
听上去有些疯狂?一点儿也不——你的四周已经满是这样的物质了。这是自然运行的方式。比如晶体就是原子自我组合的不可思议的复杂结构,从雪花到钻石都属晶体之列。你的身体也是各类蛋白质在氨基酸脱氧核糖核酸/核糖核酸的指挥下构建而成的系统,氨基酸本身又是自我结合的各种原子。生物学是最原始的工厂。
“智能物质”描述了生命的某些基本组件。格申费尔德最喜欢的例证是身体细胞中的核糖体。一个核糖体就是一种制造其他蛋白质的蛋白质——一台能够制造其他生物机器的生物机器。在格申费尔德看来,那是一种先进制造机的模型。
细胞中构成DNA(脱氧核糖核酸)的基因转译成RNA(核糖核酸),一种镜像。核糖体是能够读取RNA的“细胞器”,按照氨基酸合成编码构成特殊的蛋白质。蛋白质合成之后,就会在来自自身原子键的电荷与引斥力的驱动下自动结合为复杂的形态体。数量庞大的各类形态体再自我形成从细胞壁到骨头等身体结构元素。
在此例中,一维编码(DNA的四个化学“字母”以不同组合构成长长的单维长链)产生了三维物体(蛋白质)。
鉴于DNA与之工作的物质(先是RNA,然后是核糖体,最后是蛋白质)不只是被混合、堆砌在一起,而是有自身的化学与结构规则和逻辑,因此些许信息就能产生令人惊叹的复杂性。格申费尔德把核糖体称为“”,DNA负责对它们编程。相同的原理适用于任何事物。
在格申费尔德位于麻省理工学院的实验室里,学生们迈出了探索性的一步。他们把微小的电子元件插合起来,这些元件能够自动形成正确的连接。其他地方的研究人员将这一概念进一步引申。最大有可为的就是DNA。
“结构DNA”新领域不是把材料作为基因编码,而是作为建筑材料使用,不包含任何生物功能。现在,全世界约有60家实验室正在进行这一研究,研究人员能够合成DNA链,构成方形、三角形和其他多边形。很多此类结构都是把多条二维DNA形态体“平铺”成一片。另外一些则是把DNA折成三维形状,该过程称为“DNA折纸技术”。
三维DNA结构可以编程构成“脚手架”,形成方盒结构。其他序列可以编程对某种化学刺激做出反应,形成一扇门。这一构想可用于将药物置于一个结构DNA盒中,盒子上的门处于关闭状态,然后由身体将这个结构DNA盒运输到盒内药物需要发挥作用的地方。之后使用相应的化学刺激打开盒子上闭合的门,在精准的位置上释放药物。
我们距离此类产生任何材质大型物体的可编程纳米机器还有很长一段路。比如,DNA并非刚性物质,因此研究人员探索使用其他绑定物质,比如把纳米金颗粒附着在DNA上,以增强DNA的强度。即便如此,制造出来的物体也还是极其微小,仅在显微镜下可见。另外一些研究人员尝试使用特殊的聚合物和其他化合物,虽然DNA的硬度有所增强,但却超出了可编程的范围。
截至目前,该技术仍然处于概念验证研究阶段,但事实证明这一想法可行,因此在宏观上实现并非没有可能,甚至会像格申费尔德预言的那样,在二三十年后即可实现。而且在这一领域已经出现了“创客运动”。
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