秦雪/編譯

三位“世上最小機器”發(fā)明者分享2016年諾貝爾化學獎

秦雪/編譯

分子機器發(fā)明者：弗雷澤·斯托達特、伯納德·費林加、讓-皮埃爾·索瓦日

瑞典皇家科學院于當?shù)貢r間10月5日宣布，2016年諾貝爾化學獎授予設計了世界上最小機器的讓-皮埃爾·索瓦日（Jean-Pierre Sauvage）、弗雷澤·斯托達特（J.Fraser Stoddart）和伯納德·費林加（Bernard L. Feringa）這三位科學家，以表彰他們設計制造出可移動分子的納米機器，在分子機器設計與合成領域做出的開拓性貢獻。

這種分子機器是世界上最小的機械設備，未來可用于制造新材料、傳感器和能量存儲系統(tǒng)?！熬推湮磥戆l(fā)展前景而言，這種分子馬達相當于19世紀30年代電動馬達的初始發(fā)展階段，當時科學家展示了電動馬達帶動旋轉曲柄和輪子的奇跡，卻未能預料到電動馬達的發(fā)明孕育了更多新事物，如電動火車、洗衣機、電風扇和食物加工機器等?！比鸬浠始铱茖W院宣布獎項時說。

這三位科學家將共享2016年諾貝爾化學獎獎金，計800萬瑞典克朗（約合93萬美元）。

成就介紹

創(chuàng)建納米級結構的納米技術研究領域，近幾十年來成果斐然?，F(xiàn)如今科學家們正在學習如何構建可移動的微型機器，這種機器極其微小，只有人類頭發(fā)絲直徑的千分之一。

創(chuàng)建分子機器的第一步是要有一個移動部件，化學家早就已經(jīng)能夠合成環(huán)狀的分子，他們還知道如果能將環(huán)狀分子環(huán)環(huán)相扣，就可作為分子機器的移動部件。但是如何將第二個環(huán)穿過第一個環(huán)呢？索瓦日博士在1983年時想到了解決辦法。

他發(fā)現(xiàn)，帶電銅離子可作為固定鎖環(huán)的“銷子”，兩環(huán)相扣后，銅離子可被移除，這樣的分子被稱為索烴，分子以機械方式連在一起，就像鏈條間的鏈接，而不是通常的化學鍵連接方式。

1991年，斯托達特在環(huán)狀分子的連接問題上取得了進展，當時在英國伯明翰大學的斯托達特博士和他的同事想到的辦法不是將兩個圓環(huán)相連，而是合成一種叫做輪烷的環(huán)狀分子，環(huán)狀分子里面包裹著一根啞鈴狀的軸，就像算盤上的珠子一樣沿著啞鈴軸來回滑動。

然后斯托達特博士構建了一個作為分子“算盤”的小型電腦芯片以及其他復雜的設備，由三個輪烷構成的環(huán)連接起來形成一個較大的平臺，可提升0.7納米，形成一種分子“電梯”，一層層薄薄的輪烷可像人造肌肉一樣彎曲活動。

根據(jù)索瓦日博士和斯托達特博士發(fā)明的技術創(chuàng)建的分子能以復雜的方式產(chǎn)生扭曲。斯托達特博士在一次采訪中說道，他的靈感來自于鎖扣相連的凱爾特結藝術形式。

1999年，費林加博士成為開發(fā)分子馬達的第一人，創(chuàng)建了一種極小的轉子葉片，以朝著一個方向不斷轉動的光為動力。第一次制造出來的分子馬達速度并不快，但15年后，通過他和他的研究小組的展示，分子馬達的速度可提高到每秒鐘旋轉1200萬次。2011年，他們建造了一個四輪驅動的分子“汽車”，四個分子馬達作為車輪，連接在納米“底盤”上。

瑞典皇家科學院于諾獎揭曉時稱，這三位科學家所取得的成就促進了拓撲化學領域的發(fā)展，他們是納米技術第二波發(fā)展的開拓者。同為諾貝爾獎得主的物理學家理查德·費曼早在1959年就預見到了這一點，他在1984年的一次有重要影響的演講中提到了在分子尺度上的設計和工程學問題。

大自然在生物體中產(chǎn)生有大量的分子機器，用來幫助在細胞周圍運送各種物質材料，構建蛋白質和分裂細胞等。相比之下，人工分子機器雖然仍顯簡單粗陋，但科學家們已經(jīng)開始構想分子機器在未來的應用。

“我們可以想象一下納米機器、微型機器人的應用，例如，未來的醫(yī)生可將微型機器人注入病人的靜脈血管，協(xié)助醫(yī)生鎖定癌細胞或遞送藥物等?！辟M林加博士在接受聚集在斯德哥爾摩的記者的電話采訪時說道。

這一技術還可能導致創(chuàng)建基于外部信號而改變屬性的“智能材料”。

獲獎科學家

索瓦日博士，現(xiàn)年71歲，出生于巴黎，1971年在法國斯特拉斯堡大學獲博士學位，目前為該大學名譽教授，并任法國國家科學研究中心研究部名譽主任。

斯托達特博士，現(xiàn)年74歲，出生于英國愛丁堡，1966年在愛丁堡大學獲博士學位，目前在美國西北大學任化學教授。他曾執(zhí)教于加州大學洛杉磯分校，因其為科學事業(yè)做出的貢獻被英國女王伊麗莎白二世封為爵士。

費林加博士，現(xiàn)年64歲，出生于荷蘭巴格-康帕斯科姆，1978年在格羅寧根大學獲博士學位，目前在荷蘭格羅寧根大學任有機化學教授。

費林加博士稱，當他接到電話通知，說他獲得諾貝爾獎時，他的反應是“有些震驚”。

“我覺得自己的情況與萊特兄弟有些相像，100年前他們成為了首次飛上天空的人類，但當時有人質疑，‘我們?yōu)槭裁葱枰獣w的機器？’但如今有了波音747，還有了空中客車?！彼f。

分子機器的發(fā)明“開辟了一個全新的納米世界”。但作為能構想出如何讓機器自主運作的一名科學家，費林加說，“我們還必須考慮如何安全地操縱這些機器。”

[資料來源：New York Times][責任編輯：彥隱]