角五彰 副教授

“由于分子机器人是利用生物自身的物质制成的，将来有望开发出更加适合生物体的医疗用机器人，在不久的明天，这些小小的机器人或许会成为我们的救命恩人。”             --------------- 角五彰

一般来说机器人运转有三个要素。即，给机器人提供动力的“驱动系统”、下达命令的“智能控制系统”以及负责切换指令的“传感器”。

和普通的金属机器人不同，分子机器人利用驱动蛋白和微管作为“驱动系统”，DNA作为控制运动的“智能控制系统”，感光变形的分子作为“传感器”切换指令。

角五研究小组制成的小分子机器人中提供动力的“驱动系统”部件是人体内起物质搬运作用的“驱动蛋白”，驱动蛋白具有“运动”性质，也被称为“马达蛋白”。为什么要选择“马达蛋白”呢？主要是因为它富含能源。马达蛋白以一种叫做“ATP”的物质作为能源。ATP作为生物能源，在人体内大量存在，数量大、易获得。由于分子机器人利用生物自身的物质作为能量源，因此在生物体内执行治疗疾病等任务时无需担心能量供应问题，这便是它的一大优点。

马达蛋白

至于下达具体运动指令的“智能控制系统”，角五教授选择了DNA，据他所说，灵感来源于关西大学化学生命工学部的葛谷明纪教授的某场演讲，葛谷教授长期专注于DNA的合成及行为控制研究，他的一些观点让角五获益良多。

DNA是生物体内负责保存和传递遗传信息的物质。连接着腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶4种碱基分子的分子链两条一组。其中一条链上的腺嘌呤与另一条链上的鸟嘌呤结合，胞嘧啶与胸腺嘧啶结合，形成双螺旋结构。由于不同碱基结合的对象碱基是固定的，因此，当双链的结构分散，一链上的DNA具有识别与自己配对的分子(碱基)的能力。角五研究小组巧妙地利用了这种能力，通过DNA向马达蛋白传递指令，从而控制蛋白运动。

解决了分子机器人的运动问题之后，下一个问题接踵而至。角五想，到底该在这种马达蛋白上写入什么样的程序呢？

“如果分子机器人仅由一个直径数微米的马达蛋白构成，那么它的力量注定很微弱。”考虑到头发直径约为50 ~ 100微米，红血球直径为7.5微米等实际情况，只由一个马达蛋白组成的分子机器人明显是难以胜任治病任务的。就在角五教授苦恼时，窗外成群结队过冬的鸟儿给了他启发：一个分子机器人太小的话，将他们聚集起来不就大了吗？可以用多个机器人执行指令就好像一群蚂蚁合力搬运东西一样。想到这里，他决定利用包含“聚集/分散”命令的DNA作为智能控制系统。此次挑战大获成功，根据进一步的研究，分子机器人已经能够响应更加复杂的指令，比如说结队描绘图形，像蚁群那样搬运较大的物质等。

上图为服从DNA传达的“组队”指令，群聚在一起运转的分子机器人。下图为服从新添DNA传递的“解散”指令而解散的机器人。

最后要攻克的难题就是切换指令的“传感器”，为了切换“控制系统”的指令,角五研究小组考虑在DNA中加入感光会改变形状的分子。加入的分子根据光照变形，利用分子的形状变化来解开或组合DNA链，就好像切换指令的开关一样。最后成功研制出了感知到可视光就会聚集，感知到紫外线就会分散的分子机器人。

角五教授演讲时说出了这样一段令人记忆犹新的话：“如果只有一个分子机器人，它的能力就会十分有限。不过单个机器人做不了的事情，成百个，成千个呢？微小的力量汇聚在一起就会形成巨大的力量。将来我们会致力于开发具备不同功能和构造的分子机器人，聚集在一起也许会发挥出难以想象的力量。”

目前大量研究者正齐心协力，继续研究发展拥有无限可能的“小小机器人”，这个“小东西”今后一定会给人类的生活带来翻天覆地的“大变化”。

现今的医学技术都是从宏观的角度解决微观的问题，而分子机器人的出世可能会引起医学界的一场“革命”，它将体积缩减至纳米级，从细胞层面解决问题。就比如手术精度要求极高的脑部手术，分子机器人有希望做到在完全不损伤脑神经的前提下移除病灶，将来可能会迎来“无创手术”的新时代。