在你的印象里，最小的机器有多大呢？也许是手表里的微型齿轮，也许是塑料小吸管粗细的手术用机器触手。但是这都不是极限，今天所说的分子机器几纳米，这样的分子机器几万个首尾相连才和一根头发直径相等。这些分子之所以能称之为机器是因为它们能像机器一样工作。只要给它们一定的条件（例如紫外光），它们中一些分子就会像齿轮一样旋转、沿着长分子链移动、两边的分子像夹子一样向中央汇合等等。如果想最大限度的减小电器的尺寸，那么，卟啉环中央添加Mg、Zn、Fe等金属元素的分子，70个碳原子组成的C70，这些通过光照可以转移电子的分子机器；能像齿轮一样旋转的机器等也许能用上。
上图是卟啉环，下图是C70
类似于齿轮的分子机器
图片来自《分子器件与分子机器》(Vincenzo Balzani<著>)
下面就说一个具体的例子。我们知道，在医学上，有的药物不仅对有害细胞起作用，同时也会杀死有益细胞。因为它们在进入细胞时，没有识别药物的信号识别系统。那么如何将治疗药物准确的送到例如癌细胞的有害细胞呢？这时，我们就需要一整套的分子机器来完成这项任务。
首先，我们需要选定一类特定的锚定蛋白。药物在体内自由扩散，等扩散到癌细胞周围时，锚定蛋白将带有药物的分子机器固定在癌细胞的周围或癌细胞表面。而没有锚定的药物则会排出体外，完全不会对其它组织造成损害。
在细胞环境中锚定蛋白示意图
锚定蛋白只是整个分子机器中的一部分，其它的部分通过化学键连接在锚定蛋白上。当锚定蛋白就位后，我们需要一个可控、可移动的分子机器。一种可用的分子机器就是环糊精穿过长链，它通过不同波长的光照射可移动，其波长为几百纳米。这样做的好处是只要通过外部几百纳米的激光照射，它能准确的将药物运送到细胞核孔处，使药物进入细胞核。药物通过和细胞核发生化学反应，从而使有害细胞不能正常工作，也就是杀死有害细胞。
光照后，环糊精会在长链分子上移动
图片来自《分子器件与分子机器》(Vincenzo Balzani<著>)
环糊精结构；三种不同类型的环糊精
图片来自《超分子化学》（J.W.斯蒂德<著>）
环糊精的化学分子式
图片来自《超分子化学》（J.W.斯蒂德<著>）
细胞膜及核孔，橙色的圆环为核孔
接下来就是如何将药物从分子机器中释放出来了。从图中可以看到，有的化合物可以象镊子一样工作。只要给它一定的条件，它就能张合。那么我们可以把药物放在“镊子”里，等药物到核孔的时候“镊子”张开。图中，用紫外光（UV）照射时镊子会闭合，放置一段时间或用可见光（Vis）照射时，镊子会张开。
类似于镊子的细胞机器
图片来自《分子器件与分子机器》(Vincenzo Balzani<著>)
当然，上述只是以目前已经发现的几个分子机器来说明一下原理。真正的分子机器应该要大得多、复杂得多。上述所说的“镊子”只能夹住钾离子，而治疗药物的体积要比钾粒子大得多。如何最快的发现可用的分子机器呢？最快的方式就是用超级计算机模拟。而在编程方面应该使程序“自然”一点。如果涉及到自由扩散，不是将分子运动套入复杂的分子热力学公式一个一个分子的去计算，而是要使模拟环境尽可能的和分子真实的运动情况一样，给它一些粒子密度矩阵，让它按照熵增原理去自由的运动。总而言之，就是未来会非常热门的系统化模拟。关于原子、分子等微小粒子的世界究竟是什么样子的这一点，可以参考《流动的宇宙.理论篇》。希望在将来，分子机器的个数能成指数的增长。那么，要治疗各种的疾病且立即康复的梦想就会实现。
上图是卟啉环，下图是C70
类似于齿轮的分子机器
图片来自《分子器件与分子机器》(Vincenzo Balzani<著>)
下面就说一个具体的例子。我们知道，在医学上，有的药物不仅对有害细胞起作用，同时也会杀死有益细胞。因为它们在进入细胞时，没有识别药物的信号识别系统。那么如何将治疗药物准确的送到例如癌细胞的有害细胞呢？这时，我们就需要一整套的分子机器来完成这项任务。
首先，我们需要选定一类特定的锚定蛋白。药物在体内自由扩散，等扩散到癌细胞周围时，锚定蛋白将带有药物的分子机器固定在癌细胞的周围或癌细胞表面。而没有锚定的药物则会排出体外，完全不会对其它组织造成损害。
在细胞环境中锚定蛋白示意图
锚定蛋白只是整个分子机器中的一部分，其它的部分通过化学键连接在锚定蛋白上。当锚定蛋白就位后，我们需要一个可控、可移动的分子机器。一种可用的分子机器就是环糊精穿过长链，它通过不同波长的光照射可移动，其波长为几百纳米。这样做的好处是只要通过外部几百纳米的激光照射，它能准确的将药物运送到细胞核孔处，使药物进入细胞核。药物通过和细胞核发生化学反应，从而使有害细胞不能正常工作，也就是杀死有害细胞。
光照后，环糊精会在长链分子上移动
图片来自《分子器件与分子机器》(Vincenzo Balzani<著>)
环糊精结构；三种不同类型的环糊精
图片来自《超分子化学》（J.W.斯蒂德<著>）
环糊精的化学分子式
图片来自《超分子化学》（J.W.斯蒂德<著>）
细胞膜及核孔，橙色的圆环为核孔
接下来就是如何将药物从分子机器中释放出来了。从图中可以看到，有的化合物可以象镊子一样工作。只要给它一定的条件，它就能张合。那么我们可以把药物放在“镊子”里，等药物到核孔的时候“镊子”张开。图中，用紫外光（UV）照射时镊子会闭合，放置一段时间或用可见光（Vis）照射时，镊子会张开。
类似于镊子的细胞机器
图片来自《分子器件与分子机器》(Vincenzo Balzani<著>)
当然，上述只是以目前已经发现的几个分子机器来说明一下原理。真正的分子机器应该要大得多、复杂得多。上述所说的“镊子”只能夹住钾离子，而治疗药物的体积要比钾粒子大得多。如何最快的发现可用的分子机器呢？最快的方式就是用超级计算机模拟。而在编程方面应该使程序“自然”一点。如果涉及到自由扩散，不是将分子运动套入复杂的分子热力学公式一个一个分子的去计算，而是要使模拟环境尽可能的和分子真实的运动情况一样，给它一些粒子密度矩阵，让它按照熵增原理去自由的运动。总而言之，就是未来会非常热门的系统化模拟。关于原子、分子等微小粒子的世界究竟是什么样子的这一点，可以参考《流动的宇宙.理论篇》。希望在将来，分子机器的个数能成指数的增长。那么，要治疗各种的疾病且立即康复的梦想就会实现。
