分子机器概述及目前发展现状在生物体中，分子马达起到将化学能转化为机械能的作用，是生物体宏观运动和微观生理活动的基础。为了研究生物体的本质，人们尝试使用人工合成的分子机器来实现分子马达的全部或部分功能。本文从分子机器的 3 个基本特征出发，首先，介绍了分子机器的组成模块与运动方式，并对各种能量来源进行了对比；其次，对转动开关、分子肌肉、分子泵和分子装配线这几种特定功能的分子机器进行了分析；最后，对目前的发展现状进行了总结与展望。背景介绍在复杂的生物体中，无论是外在的宏观运动还是微观的细胞活动都离不开分子马达（molecularmotors）的作用。分子马达是一类可以运动的蛋白，它们可以从 ATP 等分子中获得能量，并把获得的化学能转化为机械能，从而驱动生物体的活动。至今所发现的分子马达可分为 3 个不同的家族：肌球蛋白（myosins）家族、驱动蛋白（kinesins）家族和动力蛋白（dyneins）家族，它们为肌肉收缩、细胞分裂、物质运输等提供了基本的动力来源［1］。由于这些生物体内的分子马达的基础都是单个的蛋白分子，因而人们希望能够通过完全的人工合成制备分子机器，实现这些生物体分子马达的部分功能，从而对生物体的本质有更加深入的认识［2］。在宏观世界中，“机器”是指具有一些运动模块的物体，它们可以通过消耗能量来完成一些特定的任务。类似的分子机器是指具有 3 种基础的功能的一些分子：1）具有可活动的部分；2）消耗能量；3）可以完成特定的工作⑶。关于人工分子机器的研究已有近 30 年的历史，人们设计并合成出了形式各样的分子机器，实现了转动、伸缩、运输、催化、装配等各种功能。本文从分子机器的 3 个基本特征出发，从组成模块、能量来源和实现功能 3 个方面，对分子机器的基本原理和发展现状进行了简要的介绍。组成模块和运动方式在一个分子机器中，要实现其他能量到机械能的转变，从而具备一定的功能，能够活动的组成模块是必不可少的部分。这种能够活动的组成模块的运动方式包括以化学键为基础的分子构型构象变化和以分子间作用力为基础的空间位置变化。图 1 展示了可以用于分子机器的各种活动模块和它们对应的运动方式。在各种组成模块中，最基础也是应用最多的是碳碳单键的旋转，分子的各个部分以它为旋转轴，进行相对的转动。除了碳碳单键以外，三明治结构的 n-金属化合物（如二茂铁［4］）也可以作为旋转轴使用。除了单键旋转以外，如果想要在分子中引入光敏特性，在...
