說到機器，你自然想到廠房里的龐然大物，其實，最小的機器是肉眼看不到的，稱為“分子機器“。 達到當天最大量API KEY 超過次數(shù)限制北京時間10月5日傍晚，2016年度諾貝爾化學獎揭曉：授予法國斯特拉斯堡大學的讓·皮埃爾·索瓦、美國西北大學的詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特以及荷蘭格羅寧根大學的伯納德·費靈格，以表彰他們“在分子機器的設(shè)計和合成方面的貢獻”，這三位獲獎?wù)唛_發(fā)出了比頭發(fā)絲還要細1000倍的分子機器。

三國科學家分享諾獎

合成各類分子機器

華東理工大學化學學院教授曲大輝是本屆化學獎得主之一費靈格的弟子，曾經(jīng)在費靈格教授那里攻讀博士后。他給記者解讀說，本屆化學獎三位得主成功設(shè)計并合成了各類分子機器，包括微型馬達、微型汽車和微型肌肉，正如一位諾貝爾獎委員會成員所言：“他們掌握了在分子層面上控制運動的技術(shù)?！?/p>

人類能夠?qū)C器做到多小？這是杰出的美國物理學家、諾貝爾獎得主理查德·費曼在上世紀50年代對納米技術(shù)發(fā)展提出的問題。他相信，人類有可能用“巨大”的雙手制造出必須依靠電子顯微鏡才能觀察的微型機器。

魅力十足的理查德·費曼，被認為是愛因斯坦之后最睿智的理論物理學家，也是第一個提出納米概念的人。

夢想在1983年得以實現(xiàn)——索瓦的研究組掌握了對分子的控制技術(shù)，創(chuàng)建出一種環(huán)狀以及一類新月狀分子。緊接著，研究組利用化學方法將另外一個新月狀分子粘合上去，從而用兩個新月狀結(jié)構(gòu)拼接成另一個圓形分子，如此便得到了環(huán)形分子鏈中的第一個環(huán)。這個環(huán)狀結(jié)構(gòu)成為分子機器的基礎(chǔ)。

為了讓機器能夠?qū)崿F(xiàn)功能，它必須包含數(shù)個能夠相互協(xié)調(diào)工作的部件，而兩個相互勾住的分子環(huán)可以滿足這樣的條件。1994年，索瓦的研究組成功合成出一種索烴，其中一個分子環(huán)能以受控方式旋轉(zhuǎn)。這是非生物分子機器的第一個雛形。

法國科學家索瓦，于諾獎揭曉當天接受各方祝賀

1991年后，司徒塔特的研究組利用多種不同的輪烴制造出大量相對成熟的分子機器，包括一臺電梯，上升高度可達到0.7納米左右；一種人造肌肉，可以彎折黃金薄片。

英國科學司徒塔特，在中國的吉林大學與天津大學也受聘教授

曲大輝教授介紹，他的導師費靈格則研制出一種神奇的分子馬達。1999年費靈格制造出第一個分子馬達，利用一些技巧讓它在同一個方向旋轉(zhuǎn)。通常情況下，分子的運動受偶然性支配，平均而言，一個旋轉(zhuǎn)的分子向右和向左移動的次數(shù)是相等的。但是，費靈格設(shè)計的分子馬達在機械構(gòu)造上能向一個特定的方向旋轉(zhuǎn)。他的研究小組對馬達進行了優(yōu)化，現(xiàn)在的旋轉(zhuǎn)速度可達到1200萬轉(zhuǎn)/秒。

荷蘭科學家伯納德·費靈格 ， 是華東理工大學曲大輝教授的博士后導師

代表化學領(lǐng)域前沿

曲大輝說，分子機器已經(jīng)成為當下化學領(lǐng)域的前沿方向。華東理工大學就成立了由中科院院士田禾領(lǐng)銜的超分子化學及分子機器研究團隊，重點研究分子機器設(shè)計及其應(yīng)用，曲大輝本人也繼續(xù)從事分子機器的研究。人類掌握如此細微的機器，究竟有什么用？

諾貝爾頒獎委員會解讀，目前分子機器屬于基礎(chǔ)性研究。比如分子馬達，現(xiàn)在發(fā)展階段相當于19世紀30年代的電子馬達。當時研究人員的想法還處于實驗室階段，并未想到后來引發(fā)出電氣火車、洗衣機、電風扇等。

曲大輝表示：“分子機器研究的先驅(qū)者們已經(jīng)找到了合成分子機器的有效手段，至于它會生產(chǎn)出什么來，我們又需要它生產(chǎn)什么，還有很長的路要走。”但他認為，由于化學、物理、材料等各學科的融合以及信息的快速傳遞，人類將會用最短時間使這項技術(shù)應(yīng)用起來。他透露，在醫(yī)藥領(lǐng)域已經(jīng)用分子機器制造出分子檢測儀，可以快速檢測腫瘤；分子晶子管有望在未來顛覆現(xiàn)有的計算機芯片技術(shù)，基于硅晶片的晶體管技術(shù)將會消亡。

曲大輝表示，正如他的導師費靈格所說，“也許化學的力量不僅僅是理解，還有創(chuàng)造，創(chuàng)造那些從未存在過的分子和物質(zhì)”。

新民晚報記者 張炯強

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