图示：科学家受“麦克斯韦妖”（可以在不使用能源的情况让系统远离平衡的科幻动物）的启发研制新型纳米发动机。
( 生物谷配图)
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据www.abc.net.au网站2007年2月2日报道，大约在150年以前，纳米发动机还只是空想家提出的一个概念，但是研究人员现在已经创造出可能导致微观纳米计算机诞生的微型发动机。
苏格兰物理教授詹姆士•克勒克•麦克斯韦于1867年首次设想出一种原子级的设备，该设备的绰号为“麦克斯韦妖”。现在，英国爱丁堡大学的科学家已将它变成了现实。该所大学的化学系教授大卫•利利称，“我们有了一台为纳米计算机制造的新的发动机机械装置。”
一台纳米计算机也就是一台令人难以致信的微小设备，它的部件都是由许多单个的分子组成的。从光合作用到移动身体内的肌肉以及通过细胞传递信息的每一件事情，自然都会用到纳米计算机。科学家正致力于解开适用于微小规模的纳米计算机和纳米技术的秘密。
一纳米相当于十亿分子一米，它比人类一根毛发的厚度还要小大约8万倍。大卫•利称，“分子机器允许生物自身以一种分子标准出现。要想实现使用人造分子机器做到那种事情的目标，我们的新型发动机机械装置只是迈出一小步。”
他的机械装置能够捕获经过的分子大小的粒子。就像麦克斯韦很久以前已经预言的那样，它不需要能源，因为光可以为它提供动力。
在《自然》杂志上发表这份研究报告的大卫•利称，“虽然光以前被用于对微小的粒子进行直接增能，但是设计出一种系统来捕获以一个特定的方向进行自然运动的分子尚属首次。”他补充称：“一旦这些分子被捕获，它们就不可能逃脱。”
大卫•利在赞扬麦克斯韦时称，他创建了理解光、热以及分子以什么样方式进行运作的基本原理。
驯养“麦克斯韦妖”
早在19世纪初，克勒克•麦克斯韦就设想出了一种现在众所周知的“麦克斯韦妖”，这是一种假想的生物，它可以在不使用能源的情况让系统远离平衡。
这种“麦克斯韦妖”看守着一扇活板门，这道活板门位于两个分开的充满气体的隔室之间，它可以让气体分子在两个隔室间流动。“麦克斯韦妖”可以使快速移动的分子在一条道上移动，而慢速移动的分子在另一条道上移动，这样直到快速移动的分子将一个加热室变热。
这种温度的变化，或者说是远离平衡已经违反了热力学第二定律。
刊登在今天出版的《自然》杂志上的研究文章里，这些研究人员设想在不使用能源的情况下，通过创造一种远离平衡的机器来模拟这种情况。这种机器可以借助于分子棘轮在自然运动状态向前拖动的力量来运转。但是它需要光来为这种运动供以燃料。
一种向上移动的努力
在此前的一项研究中，大卫•利及其研究小组表示，一台纳米计算机可以通过利用分子自身的力量向上移动一滴水珠。虽然，这种运动是一种很小规模的运动，但是这对于学习如何使用人造分子制造机器却是一个很大的进步。
这种新型发动机机械装置将允许科学家做到一些与生物机器能做的极相近的事情。
原文链接：http://www.abc.net.au/science/news/stories/2007/1837795.htm
部分英文原文：
A molecular information ratchet
Viviana Serreli1, Chin-Fa Lee1, Euan R. Kay1 and David A. Leigh1
School of Chemistry, University of Edinburgh, The King's Buildings, West Mains Road, Edinburgh EH9 3JJ, UK
Correspondence to: David A. Leigh1 Correspondence and requests for materials should be addressed to D.A.L. (Email: David.Leigh@ed.ac.uk).
Motor proteins and other biological machines are highly efficient at converting energy into directed motion and driving chemical systems away from thermodynamic equilibrium1. But even though these biological structures have inspired the design of many molecules that mimic aspects of their behaviour2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, artificial nanomachine systems operate almost exclusively by moving towards thermodynamic equilibrium, not away from it. Here we show that information about the location of a macrocycle in a rotaxane—a molecular ring threaded onto a molecular axle—can be used, on the input of light energy, to alter the kinetics of the shuttling of the macrocycle between two compartments on the axle. For an ensemble of such molecular machines, the macrocycle distribution is directionally driven away from its equilibrium value without ever changing the relative binding affinities of the ring for the different parts of the axle. The selective transport of particles between two compartments by brownian motion in this way bears similarities to the hypothetical task performed without an energy input by a 'demon' in Maxwell's famous thought experiment16, 17, 18, 19. Our observations demonstrate that synthetic molecular machines can operate by an information ratchet mechanism20, 21, 22, in which knowledge of a particle's position is used to control its transport away from equilibrium.
