科學界設想利用微小的分子作為構建物體的基礎元素，類似於我們用機械部件組裝東西的方式。然而，挑戰在於分子非常小，大約是一個壘球大小的一億分之一，而且它們在液體中會隨機移動，使得控制和操縱它們成為一種單一的形式很困難。

為了克服這一障礙，能夠通過非常狹窄的通道（尺寸類似於百萬分之一根吸管）輸送分子的”納米流體裝置”，作為直接控制溶液中單個分子的一種手段，已經引起了人們的興趣。

由大阪都立大學工程研究生院的Yan Xu副教授領導的一個聯合研究小組已經成功地通過施加外部壓力打開和關閉納米流體裝置中的一個納米閥來調節溶液中單個分子的流動。

單分子閥的工作原理示意圖，Cy3在納米通道中的單分子流動

研究小組製造了一個納米流體裝置，其頂部是一塊薄薄的柔性玻璃板，底部是一塊帶有小結構的硬質玻璃板，以此形成納米通道和納米閥座。通過向柔性玻璃片施加外部壓力來打開和關閉閥門，他們成功地直接操縱和控制了溶液中單個分子的流動。

他們還發現，當他們將單個熒光分子困在閥門內部的納米空間時，單個分子的熒光變得更加明亮。這是因為狹小的空間使單分子難以隨機移動。

Xu教授說，”這種熒光信號放大的效果可以幫助檢測極少量的病原體，用於癌症和帕金森病等疾病的早期診斷，而不需要昂貴的設備。”

這項研究的結果可能是朝著使用單分子作為溶液中的構件自由組裝材料邁出的重要一步。這項技術有可能在各個領域發揮作用，例如開發治療罕見疾病的個性化藥物和創造更好的顯示器和電池，應用前景廣泛。

“我們一直在通過提出和推廣’單分子調控化學（SMRC）’的概念來應對各種挑戰，在這個概念中，分子被視為構件，溶液中的化學和生物化學反應的所有過程都在單分子基礎上進行。Xu教授說：”單分子閥門標誌著向這一目標邁出了第一步，有朝一日，它可以徹底改變化學、生物學和材料科學，並改變各種行業。”