分子器件的研究进展

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1、2012学年・2013学年第二学期选修课程《配位化学》期末论文论文题目：分子器件的研究进展院系：化学与材料科学学院应化系姓名：程楚涵学号：08100260提交日期：2013年6月10日授课老师：陈晓峰分子器件的研究进展程楚涵（南京师范大学化学与材料科学学院2010级应化系）【摘要】随着电了设备和器件的尺寸越來越小，基于分了的器件研究引起了人们的广泛关注。本文对分子马达、分子开关等几种分子器件的现状和前景进行了简单总结。【关键词】分子器件，分子马达，分子开关0前言分子器件的概念可以追溯到1959年。美国Feynman教授提出了由微小的导线和其他纽•件组成的微型计算机的设想。其导线的

2、直径只有10到lOOnm,整个电路只有102nm的长度。1974年Aviram和Batner首次提出分子可以成为传统硅基芯片的替代品。然而直到扫描隧道显微技术的出现以及电子朿加工等技术手段的不断完善，分子器件的研究才取得了实质性进展。正是在这一时期分子器件的一个典型组件一一分子导线的研究逐渐得到了广泛的关注W随着现代社会对信息处理的要求越来越高，集成电路的规模越来越大。在这样的趋势下，分了器件（主要是分了电了器件）逐渐成为化学和材料学家研究的热点⑼。1分子马达的研究现状及前景近些年，随着光钳技术、分子遗传学方法、X射线晶体结构分析以及显微成像等实验方法应用于分子生物学领域，人们对

3、丁•分子马达的结构及动力学行为的认识有了长足的进展，也使直接研究和操纵单个分子马达成为可能。实验中观测到的分子马达一般在儿万到儿十万道尔顿，因此分子马达通常被看作布朗粒子，也被称作纳米粒子。在纳米技术的萌芽阶段，科学家已经制造了很多微型器件，但是要实现纳米机器的设想，动力系统是个关键部分，否则工艺再精确，人们也不可能制作出纳米数量级的机械动力系统，因此人们寄希望于分子马达为纳米器件提供动力，如果这个设想可以实现的话，那么分子马达就可以为纳米器件提供能量來源I⑼。纳米器件要投入使用，离不开能量的传递，也就是说需要分子数量级的微小马达。DNA（脱氧核糖核酸）是生物遗传物质的载体。DN

4、A分子马达的优点是可以直接将生物体的生物化学能转换成机械能，而不像通常意义上的马达需要电力。因此，从理论上说，DNA分子马达可以借助-•些生物化学变化而进行药物和基因等的传递，比如说，将药物分子直接输送至癌细胞的细胞膜。人们已经利用多个DNA分子制造出了分子马达,但这些马达存在着效率不高、难以控制的缺陷，与多分子DNA马达相比，单DNA分子马达应用起来更为方便，两位旅美中国学者在分子马达研究领域取得新的突破，首次利用单个DNA分子制成了分子马达，这种分子马达在一种生物环境中处于紧凑状态，但在生物环境发生变化后，乂会变得松弛。实验证实，采用这一原理制造出的单DNA分子马达具有非常强

5、的工作能力，可以像一条虫子一样伸展和卷曲，实现生物反应能向机械能的转变。采用人工合成的单DNA分子来制造分子马达还有一个好处，即可以根据不同要求而有针对性地设计tBDNA分子，使制造出的马达具备各种性能，这些马达可以有不同的效率，可以设计成有很大的做功能力，也可以设计成能把物体搬运到更远的距离。现在还很难预测分子量级的马达什么时候能真正投入实用，下一步H标是要让单DNA分子马达真正移动一•个微小物体，并进一步提高其工作效率。当分子马达技术足够成熟时，这一技术还可以为病毒检测提供新的途径，分子马达自重加大，转速就会变慢，如果寻找到办法能够使某一种病毒与分子马达特界性结合，根据这一原

6、理，通过观察分子马达的转速就可以判断是否沾染病毒，从而检测出机体是否被病毒感染。例如唐氏综合症就是由于卵子细胞内的染色体分裂不正确而导致的，被认为与驱动蛋口的缺陷有关，如果能找到一种激活驱动蛋白的方法，就能治疗这类疾病了。科学家们正在使用更加先进的光钳以及光学探测器技术，来探索分子马达的更多秘密。日前利用光钳技术在体外无损的情况下直接观测单个分子马达的运动,得到了许多重要的结果，与此同时，理论研究也成为分子生物学和统计物理研究中的热点之一。基于分子马达对人类发展的重要性，我们正在致力于研究它的神秘能量转化机制，以便更大可能地把它应用于我们的生活中去2以分子器件为背景的仿生功能膜人

7、们早已发现，在生物体内，许多分子是以高度有序的方式组合的，只有分子集合体才能具有一定的功能。例如，细胞膜是生物新陈代谢过程中必不可少的部分，期屮磷脂与胆固醇形成高度有序排列体；又如，动物眼屮的视蛋白（视紫红质）和视黄醛等在视网膜上都是排列有序的。研究生物分子堆砌与排列时研究生物过程、模拟生物组合体的一个十分重要的基本问题。目前，己经出现了一些利用生物体制成的光、电元件，例如已经报导了用细菌视紫红质可制成光电响应、非线性光学、光储存、光烧孔等元器件。最近，日木富士公司的Miyask