說到機(jī)器，你當(dāng)然想到工廠里的龐然大物，其實(shí)最小的機(jī)器被稱為肉眼看不見的“分子機(jī)器”。

北京時(shí)間10月5日傍晚，2016年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉：授予法國斯特拉斯堡大學(xué)的讓·皮埃爾·索瓦、美國西北大學(xué)的詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特以及荷蘭格羅寧根大學(xué)的伯納德·費(fèi)靈格，以表彰他們“在分子機(jī)器的設(shè)計(jì)和合成方面的貢獻(xiàn)”，這三位獲獎(jiǎng)?wù)唛_發(fā)出了比頭發(fā)絲還要細(xì)1000倍的分子機(jī)器。

三國科學(xué)家分享諾獎(jiǎng)

合成各類分子機(jī)器

華東理工大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授曲大輝是本屆化學(xué)獎(jiǎng)得主之一費(fèi)靈格的弟子，曾經(jīng)在費(fèi)靈格教授那里攻讀博士后。他給記者解讀說，本屆化學(xué)獎(jiǎng)三位得主成功設(shè)計(jì)并合成了各類分子機(jī)器，包括微型馬達(dá)、微型汽車和微型肌肉，正如一位諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)成員所言：“他們掌握了在分子層面上控制運(yùn)動(dòng)的技術(shù)。”

人類能夠?qū)C(jī)器做到多??？這是杰出的美國物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼在上世紀(jì)50年代對(duì)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(jī)器。

魅力十足的理查德·費(fèi)曼，被認(rèn)為是愛因斯坦之后最睿智的理論物理學(xué)家，也是第一個(gè)提出納米概念的人。

夢(mèng)想在1983年得以實(shí)現(xiàn)——索瓦的研究組掌握了對(duì)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(xué)方法將另外一個(gè)新月狀分子粘合上去，從而用兩個(gè)新月狀結(jié)構(gòu)拼接成另一個(gè)圓形分子，如此便得到了環(huán)形分子鏈中的第一個(gè)環(huán)。這個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)成為分子機(jī)器的基礎(chǔ)。

為了讓機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)功能，它必須包含數(shù)個(gè)能夠相互協(xié)調(diào)工作的部件，而兩個(gè)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(gè)分子環(huán)能以受控方式旋轉(zhuǎn)。這是非生物分子機(jī)器的第一個(gè)雛形。

法國科學(xué)家索瓦，于諾獎(jiǎng)揭曉當(dāng)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(duì)成熟的分子機(jī)器，包括一臺(tái)電梯，上升高度可達(dá)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(xué)司徒塔特，在中國的吉林大學(xué)與天津大學(xué)也受聘教授

曲大輝教授介紹，他的導(dǎo)師費(fèi)靈格則研制出一種神奇的分子馬達(dá)。1999年費(fèi)靈格制造出第一個(gè)分子馬達(dá)，利用一些技巧讓它在同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。通常情況下，分子的運(yùn)動(dòng)受偶然性支配，平均而言，一個(gè)旋轉(zhuǎn)的分子向右和向左移動(dòng)的次數(shù)是相等的。但是，費(fèi)靈格設(shè)計(jì)的分子馬達(dá)在機(jī)械構(gòu)造上能向一個(gè)特定的方向旋轉(zhuǎn)。他的研究小組對(duì)馬達(dá)進(jìn)行了優(yōu)化，現(xiàn)在的旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)到1200萬轉(zhuǎn)/秒。

荷蘭科學(xué)家伯納德·費(fèi)靈格 ， 是華東理工大學(xué)曲大輝教授的博士后導(dǎo)師

代表化學(xué)領(lǐng)域前沿

曲大輝說，分子機(jī)器已經(jīng)成為當(dāng)下化學(xué)領(lǐng)域的前沿方向。華東理工大學(xué)就成立了由中科院院士田禾領(lǐng)銜的超分子化學(xué)及分子機(jī)器研究團(tuán)隊(duì)，重點(diǎn)研究分子機(jī)器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用，曲大輝本人也繼續(xù)從事分子機(jī)器的研究。人類掌握如此細(xì)微的機(jī)器，究竟有什么用？

諾貝爾頒獎(jiǎng)委員會(huì)解讀，目前分子機(jī)器屬于基礎(chǔ)性研究。比如分子馬達(dá)，現(xiàn)在發(fā)展階段相當(dāng)于19世紀(jì)30年代的電子馬達(dá)。當(dāng)時(shí)研究人員的想法還處于實(shí)驗(yàn)室階段，并未想到后來引發(fā)出電氣火車、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇等。

曲大輝表示：“分子機(jī)器研究的先驅(qū)者們已經(jīng)找到了合成分子機(jī)器的有效手段，至于它會(huì)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(rèn)為，由于化學(xué)、物理、材料等各學(xué)科的融合以及信息的快速傳遞，人類將會(huì)用最短時(shí)間使這項(xiàng)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(jī)器制造出分子檢測(cè)儀，可以快速檢測(cè)腫瘤；分子晶子管有望在未來顛覆現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)，基于硅晶片的晶體管技術(shù)將會(huì)消亡。

曲大輝表示，正如他的導(dǎo)師費(fèi)靈格所說，“也許化學(xué)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(bào)記者 張炯強(qiáng)

圖片來自網(wǎng)絡(luò)