纳米科技

追寻像电子这样渺小的物体，是推动西方自然科学的原动力，也是一种本能。人类深为事物的基本单位所吸引，不断把物体拆开后，再组装回去。这种基本欲望可以追溯到公元前400年的原始科学。当时，留基伯（Leucippus）和他的学生德谟克利特（Democritus）首先猜测物质是由原子组成，这个想法后来被发现是正确的。像这种把物体化约到微观单位的方法，在现代科学中已经圆满实现了。

显微镜解析能力的平稳进步，使我们能够直接经由视觉观察的协助，探索极端微小的物体。这项科技发展，满足了我们的第二项基本欲望：用肉眼观看整个世界。最有效的现代仪器，是出现在1980年代的扫描穿隧显微镜（scanning-tunneling microscope）和原子力显微镜（atomic force microscope）。它们几乎为分子内的原子键结提供了直接的影像。我们现在可以直接看到DNA（deoxyribonucleic acid，脱氧核糖核酸）双螺旋的真面目，包括技术人员在准备这些分子试样时所碰到的各种特殊分子的扭曲和反转。这种视觉技术如果在50年前就存在，处在婴儿时期的分子生物学将以更快的速度成长。从事科学研究就和玩惠斯特牌[1]或桥牌一样，偷看一眼抵得过成千上万个上好招数。

我们目前之所以能够看到原子大小的影像，是因为科学家这三个世纪以来为了寻求科技发展的巅峰而不断在技术上创新的结果。显微镜源自1600年代列文胡克[2]的原始光学仪器，这台仪器所能观测到的细菌和其他物体，比肉眼所能辨别的东西要小几百倍。到了现在，显微镜所能显现的物体，已经又小上百万倍。

人们普遍喜爱切割与重组物体，这种喜好导致了纳米科技（nanotechnology）的发明。纳米科技能够制造出由相当少分子所构成的仪器，其中给人印象较深的新近成就包括：

◆拉马丁（Bruce Lamartine）和施图茨（Roger Stutz）在洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家实验室，利用离子束蚀刻不锈钢针，制造了高密度只读存储器（ROM，read-only memory）。这些存储器内的线切得很细，宽度是一米的一千五百亿分之一。一个25毫米长、1毫米宽的针头上，就可以储存2G（two gigabytes）的数据。这些针头没有磁性，所以储存的信息几乎是不可磨灭的。这个技术的发展仍然路途遥远，不过至少在理论上，我们已经可以利用原子来储存知识。

◆自从拉瓦锡[3]在18世纪进行化学研究以来，化学中一直存在着一个基本问题：当两种不同的反应物混合之后，其中的某一对分子需要经过多久，才能相遇并且形成键结？怀特曼（Mark Wightman）和北卡罗来纳大学的同僚，把混合溶液局限在一个极小的空间内，然后观察带有相反电荷的反应物分子接触时所产生的闪光。这个方法使化学家能够以空前的精确度来测量化学反应的时间。(www.daowen.com)

◆在技术人员的指引下，分子大小的机器能够自我组装。在过去数年中，这个想法从理论角度来看一直是可能的；现在，研究人员已经开始从实用的角度来思考这个组装技术。其中最有发展前景的技术，是哈佛大学的怀特塞德斯（George M. Whitesides）和其他一些有机化学家所设计的自组装单分子层（self-assembled monolayer，简称SAM）。SAM由腊肠状的分子构成，比如称为硫烷醇（alkanethiol）的长链碳氢化合物。这些分子从实验室制造出来之后，就被涂抹在金子的表面上。每个分子的一端具有吸附在金子表面上的性质，另一端则由不同性质的原子构成，能够指向外面的空间。如此一来，这些分子就像游行中的士兵那样排成行列，相同的分子产生了一层只有1到2纳米厚的分子层。接着，第一层分子之上可以置放另一种结构不同的分子，以产生第二层分子层，依次类推。当不同的分子逐一添加上去之后，就可以产生一个具有预期厚度和化学性质的多层胶膜。科学家最终的希望是合成简单的人工有机体，而SAM具有生物细胞膜的某些基本性质，所以可能是跨向最终希望的一步。虽然SAM离实际的生命现象还很遥远，却是生命基本成分的幻影。只要化学家能够正确组装出足够多的分子层，我们迟早能产生一个像样的活细胞。[4]

[1]惠斯特牌（whist），四人玩的牌戏，桥牌的前身。——译注

[2]列文胡克（Antonie van Leeuwenhoek，1632—1723），荷兰显微镜学家，第一位观察到细菌与单细胞动物的人。——译注

[3]拉瓦锡（Antoine Lavoisier，1743—1794），法国化学家，阐明了燃烧的本质，奠定了近代化学的基础。——译注

[4]纳米科技的前景，以及扫描穿隧显微镜和原子力显微镜，出现于数位作者合著的Nanotechnology: Molecular Speculations on Global Abundance, edited by B. C. Crandall (Cambridge, MA: MIT Press, 1996）；高密度只读存储器制造，出现于Science News, 148: 58(1995);化学反应的准确计时，出现于Robert F. Service,“Getting a reaction in close-up,” Science, 168：1846（1995）；如细胞膜的自组装单分子层，曾出现于George M. Whitesides,“Self-assembling materials,”Scientific American, 173：146-157(1995)。