1704025154
激光切割机、3D打印机，还有数控铣床都很酷，但与所有桌面制造机器一样，它们在使用的材料与制造复杂性方面都自有其局限性。你不可能用这样一台机器烹制一顿午饭，甚至是做一双新鞋。为达到这样的目标，必须拥有一台通用制造机。
1704025155
1704025156
激光切割机、3D打印机，还有数控铣床都很酷，但与所有桌面制造机器一样，它们在使用的材料与制造复杂性方面都自有其局限性。你不可能用这样一台机器烹制一顿午饭，甚至是做一双新鞋。为达到这样的目标，必须拥有一台通用制造机。比如《星际迷航》里的“复制器”就是一台几乎能按需制造所有物品的机器。可惜，那还只是科幻小说中的构想。
1704025157
1704025158
不过，这样的想法数十年来都在激励着各个科幻小说家的想象。在尼尔·斯蒂芬森的小说《钻石时代》（The Diamond Age）中，整个社会都被“物质编译器”改变了。这种机器能够制造你需要的任何东西，匮乏永远成为过去时。
1704025159
1704025160
开始只是一间空屋子，是钻石半球，闪烁着微弱的红光。楼板中间是一台8厘米进料器赤裸的横截面，中央的真空管周围是各种细小一些的管线，每条管线都有一簇微型传送带负责运送纳米机械组件——单个原子或连接在一起的合用的模块。
1704025161
1704025162
物质编译器是送料器的终端机器，按照程序设计，每次从传送带上提取一个分子，把它们装配成更加复杂的结构。
1704025163
1704025164
那是科幻小说中的情节，但与之相似的事情并非完全不可能发生。麻省理工学院的教授尼尔·格申费尔德认为，二三十年后，小说中描述的场景就能变为现实。
1704025165
1704025166
我们该如何实现这些梦想？格申费尔德指出，不能仅仅依靠更快、更精准的3D打印机和其他数控机器。他认为此类机器的问题是它们只能“把东西混合”，虽然能够喷注、切割或加热物质，但也只是实现了材料的移动或改变了材料的状态（硬化）。材料本身对即将转化成为的物品没有任何感知或概念。制造机必须完成所有的工作，材料没有任何“帮助作用”。
1704025167
1704025168
而简单的乐高积木就与此不同。孩子在玩乐高玩具时，积木能够修正孩子的错误——只有积木之间完全契合时才能插在一起。更大型的得宝系列还能引导孩子正确插配积木的斜边；当两块积木的斜边互相契合时，需要施加外力，向正确的方向转动积木才能插建结实。积木本身提供了一个坐标系——乐高网格。插建完成之后，你也不会把这些积木扔掉，而是把插好的东西拆掉，再用那些积木插成别的东西。于是，这些积木就变成了可循环使用的终极材料。
1704025169
1704025170
可编程物质
1704025171
1704025172
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。
1704025173
1704025174
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。
1704025175
1704025176
“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。
1704025177
1704025178
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。
1704025179
1704025180
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“可编程物质”，DNA负责对它们编程。相同的原理适用于任何事物。
1704025181
1704025182
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。最大有可为的可编程物质就是DNA。
1704025183
1704025184
“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”。
1704025185
1704025186
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。
1704025187
1704025188
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。
1704025189
1704025190
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，因此在宏观上实现可编程物质并非没有可能，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”。
1704025191
1704025192
使用DNA创造
1704025193
1704025194
1983年4月的一个周五，临近午夜，对冲浪运动略显痴迷的化学家凯利·穆利斯开车行进在加利福尼亚的太平洋海岸128号公路上。当他开到克洛弗代尔和布恩维尔中间的某个地方时，突然灵光一现。那个想法最终为他赢得了诺贝尔奖。当时，遗传学面临的最大问题是没有足够的DNA用于研究，而能够获取DNA的材料又经常受到污染。
1704025195
1704025196
穆利斯边开车边想分析DNA突变的各种方法，然后他意识到自己碰巧找到了使用一种特殊细菌酶（DNA聚合酶）通过热周期进程复制DNA的方法。另外一些科学家曾经想到使用聚合酶复制最吸引人的DNA片段，但穆利斯发现热周期能够引发链式反应，每一热周期能将复制DNA的数量翻倍，很快就能达到百万级。
1704025197
1704025198
穆利斯使用从极端微生物菌（耐热菌）中提取的聚合酶触发了DNA自动复制，创立了现代遗传学研究工业。这一技术称为聚合酶链式反应（PCR），为穆利斯赢得了1993年诺贝尔化学奖。
1704025199
1704025200
PCR机又称热循环仪，现已是遗传学实验室不可或缺的设备。该设备最初售价近10万美元，但目前花5 000美元就能购置一台。PCR是遗传学革命的一个奇迹，也是新生物学发展的基石。
1704025201
1704025202
然而，5 000美元一台的价格还是太高。如果想在非洲使用，并且用电池供电，该怎么办？或者给孩子们上课时使用？或者你只是想用机器做些试验，而并不关心机器里面到底装的是什么？
1704025203
[
上一页 ]
[ :1.704025154e+09 ]
[
下一页 ]