据physorg网站2007年12月20日报道，由分子构成的微型机器做机械型工作通常被认为是在一种不平衡状态下进行的，需要额外的力量来驱动。另外，平衡的意思是指力量相互抵消，结果成为一种不变系统，常常意味着一种静止状态。但是缅因大学物理学教授R.迪安.奥斯土米安最近却提出一种概念，即分子机器能够在每一次循环中保持一种近乎化学平衡状态运行，同时还能够在抵抗皮牛顿负荷的情况下以每秒几微米的速率进行工作。该研究论文题为“一个分子机器的绝热运行”，发表在了《美国科学院院报》的最近一期中。  

奥斯土米安称，“最重要的是一种概念，这种概念改变了我们对分子机器的认知。过去我们过于强调分子机器系统的‘非平衡’，而事实上这并不是真正重要的东西。因为突破空间对称的拓扑和突破时间对称的缓慢外部调制的联合作用，环的运动增多。认识到分子世界中我们能够真正地拥有能够以接近100%功率工作的机器也非常重要。”  

奥斯土米安列举了此类分子是一个三环“索烃”结构，将该结构作为一种旋转机器。索烃直径大约为3纳米，由一个大环带两个小环连接在一个大环上，就像是钥匙串上的环。固定在三个位置上的大环上有两个小环可以固定的位置，这两个小环的位置固定主要依赖于环与位置之间的能量相互作用。  

奥斯土米安使小环按顺时针方向绕大环旋转，这一运动形成了一个机械循环。然后他获得了这一运动，没有任何热获取或丧失，也没有熵的改变，而只有布朗运动所产生的热噪音。这种“绝热”系统在循环中的每个点上都非常接近平衡。  

制造从一个位置移动到另外一个位置小环的关键是定时调节互作用能。环绑定到位置上要求最低的互作用能。这一调制必须足够缓慢的进行，以避免产生热，但是又要保持足够的速率，以便能够进行重要的工作。  

缓慢地调制一个单分子的能量是一件具有挑战性的工作。奥斯土米安解释到，这在化学系统中几乎是不可能的。然而，许多分子的净互作用能是能够通过非常慢的PH和氧化还原作用滴定来调制的。例如，一种情形就是位置2中存在强酸性和大幅减少高互作用能一致性的情况。因此，两个环固定在位置1和3处。  

这时通过氧化剂的滴定来获得一种强氧化和强碱性，位置1中的能量是最高的。因此环现在能够占据位置2和3。奥斯土米安解释到，环能够通过位置1上的环顺时针移动到位置2上，或位置3上的环逆时针移动到位置2上的方式切换状态。  

然而在进行更多调制之后，运动的大部分（约75%）将是顺时针的，因为不同的位置能量水平是变化的。通过计算这一可能性，奥斯土米安得出结论，即小环绕大环运动一次，系统将完成一半机械旋转。  

他同时还指出可能还需要有更多创造性的结构，使逆时针运动不会抵消顺时针运动。他将此比作为一个螺丝起子旋动螺丝的机械原理。尽管一分子机器是使用热噪音来取代外部力矩的，但是它们的原理是相似的。在分子机器中，一个小环可以固定，以阻止逆时针运动。  

奥斯土米安称：“我想说的是：最大的挑战在于如何将分子排列在一个平面上，以使其运动能够被用于外部世界的工作”。他强调指出，作为机器发展的下一步研究，英国爱丁堡大学的大卫·李已经对化学结构进行了合成。  

奥斯土米安还解释称，运作这种系统需要系统在任何情况下都保持化学和机械平衡，而这种平衡则需要通过足够缓慢的调制才能够达到，但也许足够快也可能起到实质性的作用。与人们常常使用“猛烈”等词汇来形容生物分子发动机相对，他希望这种“仁慈和温和”描述可以更适合用于设计更有效的分子机器。  

奥斯土米安称：“我计划扩展这一理论，并用它来解释生物发动机的机理。虽然它们肯定不完全是通过所描述的三环索烃机理来进行运作的，但我认为通过这种近乎平衡的描述，我们能够更好地刻画它们的运作特征，这种方法比起各种各样涉及汽车、柔道摔跤以及蒸汽机的生物模型要好得多。”  

英文原文链接参见：http://www.physorg.com/news117366760.html  
图注：图片如示为一个索烃结构的可能转变情况。这个索烃由三个位置的一个大环带两个小环组成。两个小环绕固定在一个位置上的大环旋转。每个固定状态都具有一个不同的能量条件。此项研究论文发表在了《美国科学院院报》上。图片来源：R.迪安.奥斯土米安。