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今年，诺贝尔化学奖授予了属于“纯化学”范畴的分子机器。以前的诺贝尔化学奖授予跨学科的学科，如生物学、物理学、生物化学和生物物理学。
法国斯特拉斯堡大学的让-皮埃尔·苏瓦吉教授、美国西北大学的詹姆斯·弗雷泽·斯托达特爵士和荷兰格罗宁根大学的伯纳德·费里加教授共同获得了最重要的诺贝尔奖。他们因在分子机器的设计和合成方面的贡献而获奖。
在这个领域，我国也具有世界领先水平。华东理工大学田禾院士的研究领域是“分子机器的设计与合成”。获得该领域的诺贝尔奖将有助于尽快实现商业应用。
“吞下”一个外科医生
“分子机器”又称生物纳米机器，主要由蛋白质等生物分子组成，具有其他人工机器无法比拟的性能，如体积小、多样性、自适应、仅由化学能或热能驱动、分子调节等，对促进生物发现和仿生学具有重要意义。
“分子机器”是在1959年作为纳米技术的概念提出的。当时著名的物理学家理查德·费曼(Richard feynman)大胆预测，分子机器将在纳米机器人(300024，BUY)手术和人体药物输送中发挥关键作用。他说:“虽然这个想法听起来很疯狂，但如果人们能吞下一个外科医生，这样的手术将会非常有趣。”他描述说，只要外科医生被注入人的血液，他就能触及心脏，看到哪里出了问题。然后他会拿出一把刀，并删除坏的地方，如肿瘤。
费曼的想法很快反映在一部科幻电影中。1966年，一部美国电影《奇妙的航行》讲述了一个潜艇舰队如何被缩小并注射到一个科学家体内，然后对他进行血管手术，从而挽救了他的生命。
50年后的今天，尽管人们仍未将科幻小说变成现实，费曼的预测仍被许多人所证实。科学家希望有一天，化疗药物可以直接输送到人体所需的部位，杀死肿瘤细胞而不伤害好细胞。然而，证明的过程是漫长的。正如曾获得诺贝尔化学奖的弗雷泽·斯托达特(fraser stoddart)所说:“这不可能一蹴而就，与杰出的人才一起工作需要很长时间。”
事实上，在20世纪50年代和60年代，科学家们曾试图将化学环元素连接到这个链上以产生新的分子。但是直到1983年才发现了伟大的成就。法国人苏瓦吉教授成功地将两个环状分子连接起来，形成一条特殊的链，即双环化合物。通常，分子是由原子间共享电子对形成的共价键形成的，但在这个链中，分子是由更自由的机械相互作用形成的。为了让一台机器完成一项任务，它必须由可以相对移动的部件组成。索瓦吉教授发现的两个环环分子可以相对移动。
1991年，斯托达特爵士成功地合成了轮烷，实现了分子机器的第二步。轮烷是一种由一个环状分子嵌套在另一个线性分子上构成的超分子体系。
另一位获奖者，荷兰的费里加教授，发明了第一个分子马达，这被认为是分子机器领域的一个里程碑事件。1999年，他制造了一种分子转子叶片，它可以在一个方向上连续旋转。从那以后，他设计了一辆“分子汽车”。
2011年，第一辆四轮“纳米汽车”，底盘和四个轮子都是由分子制成的。四个轮子可以在一个方向上旋转，在一个表面上移动。
2013年，由英国曼彻斯特大学教授大卫·利领导的团队发明了一种纳米机器人，它可以抓取氨基酸并将其连接起来，就像人类细胞中的核糖一样。
尽管这些发现仍局限于实验室展示，但研究人员正在探索这项技术的潜力，并预测其成为真正改变人们现实生活的应用的能力。最重要的应用前景之一在于生物体内分子机器人的自动生成。例如，以病毒为目标的机器人可以通过其分子钳与特定的病毒结合，并以集中的方式将药物输送到肿瘤部位。
上海制造的分子机器
值得一提的是，获得诺贝尔化学奖的三位教授中有两位与中国有着深厚的渊源。例如，上海华东科技大学在“分子机器”领域拥有国际领先的研究团队。华立田禾院士团队与三位新诺贝尔奖获得者在学术研究方面有着密切的合作与交流。斯托达特教授于2005年和2007年两次访问华立，并被任命为华立名誉教授。2007年，费瑞加教授还访问了华立，并将应邀参加下月在上海举行的“2016国际光致变色研讨会”。他也是华立化学学院副院长屈大辉教授在荷兰博士后工作期间的合作导师。
华东科技大学的张娟琪博士向记者解释说:“广义而言，分子机器的含义来自大自然。就像生物体中的三磷酸腺苷酶一样，它是传导和利用物质和能量的天然装置。获奖的人工分子机器是通过合成和化学修饰方法构建的功能分子或化学系统。通常，分子机器是基于合成和超分子组装的功能化学成分的集合。其目的是模拟宏观机器的工作模式，从微观上再现并产生效果。”
作为微器件的化学基础，分子或超分子必须能够响应某些外部刺激信号(物理或化学刺激)，并产生输出信号或做有用的工作，这是实现机器功能的基本要求。张伟说:“不同于功能性化学系统(如分子开关、化学传感器等)。)，分子机器经常要求它能在响应的基础上引起部件或分子单元之间的相对机械运动，并伴随着物质和能量的流动。产生特定的机器功能。”
张隽·瓦目前在华立天和研究集团工作。田禾院士在“分子机器设计与合成”领域的研究成果也获得了诺贝尔奖。早在2004年，田禾院士领导的团队就设计了一种直径比头发还细的“分子梭”和“分子算盘”，然后用荧光来感知其运动轨迹，使葡萄糖分子产生计算甚至思考的能力，从而在“模拟生物帮助人类恢复体力或修复受损记忆”的高峰研究领域迈出了坚实的一步。
这种“上海制造”的分子机器，用通俗的语言解释，就像是在木棍上戴一个无底的水桶。在某种外力的作用下，铲斗可以左右滑动。当然，这是放大十亿倍的效果。通过荧光光谱仪，我们可以感受到它的难度系数:“木棍”是由偶氮或苯乙烯分子组成，“水桶”是由6-7个葡萄糖分子“手牵手”组成的环糊精分子，水桶口直径只有0.6纳米。田禾院士等人利用光驱动使“桶”在紫外光照射下获得动能，或在“棒”上左右来回移动，从而诞生了微型“分子梭”。“棍+桶”的组合与算盘十分相似。在田禾院士的“训练”下，“分子梭”学会了简单的“加2”或“减2”运算，成为一个具有原始计算功能的“分子算盘”。
田禾院士认为，一旦“分子算盘”成熟，计算机就可以升级为容量更大、运算速度更快的“分子大脑”，从而摆脱“摩尔定律”的限制。目前，这种“上海制造”的分子机器已成为国际先进行列之一，其独创的荧光检测方法已成为全世界科学家广泛采用的表征方法。
正如美国化学学会的唐娜·纳尔逊教授所说:“诺贝尔奖受到全世界的高度重视，这也将影响科学界未来的研究方向，并将使分子机器领域蓬勃发展，越来越多的研究人员将涌向这一领域以吸引更多的资金。所以应用程序应该比预期的要快。”
今年，诺贝尔化学奖授予了属于“纯化学”范畴的分子机器。以前的诺贝尔化学奖授予跨学科的学科，如生物学、物理学、生物化学和生物物理学。
法国斯特拉斯堡大学的让-皮埃尔·苏瓦吉教授、美国西北大学的詹姆斯·弗雷泽·斯托达特爵士和荷兰格罗宁根大学的伯纳德·费里加教授共同获得了最重要的诺贝尔奖。他们因在分子机器的设计和合成方面的贡献而获奖。
在这个领域，我国也具有世界领先水平。华东理工大学田禾院士的研究领域是“分子机器的设计与合成”。获得该领域的诺贝尔奖将有助于尽快实现商业应用。
“吞下”一个外科医生
“分子机器”又称生物纳米机器，主要由蛋白质等生物分子组成，具有其他人工机器无法比拟的性能，如体积小、多样性、自适应、仅由化学能或热能驱动、分子调节等，对促进生物发现和仿生学具有重要意义。
“分子机器”是在1959年作为纳米技术的概念提出的。理查德.费曼是当时著名的物理学家，他大胆预测，未来分子机器将在纳米机器人手术和人体药物输送中发挥关键作用。他说:“虽然这个想法听起来很疯狂，但如果人们能吞下一个外科医生，这样的手术将会非常有趣。”他描述说，只要外科医生被注入人的血液，他就能触及心脏，看到哪里出了问题。然后他会拿出一把刀，并删除坏的地方，如肿瘤。
费曼的想法很快反映在一部科幻电影中。1966年，一部美国电影《奇妙的航行》讲述了一个潜艇舰队如何被缩小并注射到一个科学家体内，然后对他进行血管手术，从而挽救了他的生命。
50年后的今天，尽管人们仍未将科幻小说变成现实，费曼的预测仍被许多人所证实。科学家希望有一天，化疗药物可以直接输送到人体所需的部位，杀死肿瘤细胞而不伤害好细胞。然而，证明的过程是漫长的。正如曾获得诺贝尔化学奖的弗雷泽·斯托达特(fraser stoddart)所说:“这不可能一蹴而就，与杰出的人才一起工作需要很长时间。”
事实上，在20世纪50年代和60年代，科学家们曾试图将化学环元素连接到这个链上以产生新的分子。但是直到1983年才发现了伟大的成就。法国人苏瓦吉教授成功地将两个环状分子连接起来，形成一条特殊的链，即双环化合物。通常，分子是由原子间共享电子对形成的共价键形成的，但在这个链中，分子是由更自由的机械相互作用形成的。为了让一台机器完成一项任务，它必须由可以相对移动的部件组成。索瓦吉教授发现的两个环环分子可以相对移动。
1991年，斯托达特爵士成功地合成了轮烷，实现了分子机器的第二步。轮烷是一种由一个环状分子嵌套在另一个线性分子上构成的超分子体系。
另一位获奖者，荷兰的费里加教授，发明了第一个分子马达，这被认为是分子机器领域的一个里程碑事件。1999年，他制造了一种分子转子叶片，它可以在一个方向上连续旋转。从那以后，他设计了一辆“分子汽车”。
2011年，第一辆四轮“纳米汽车”，底盘和四个轮子都是由分子制成的。四个轮子可以在一个方向上旋转，在一个表面上移动。
2013年，由英国曼彻斯特大学教授大卫·利领导的团队发明了一种纳米机器人，它可以抓取氨基酸并将其连接起来，就像人类细胞中的核糖一样。
尽管这些发现仍局限于实验室展示，但研究人员正在探索这项技术的潜力，并预测其成为真正改变人们现实生活的应用的能力。最重要的应用前景之一在于生物体内分子机器人的自动生成。例如，以病毒为目标的机器人可以通过其分子钳与特定的病毒结合，并以集中的方式将药物输送到肿瘤部位。
上海制造的分子机器
值得一提的是，获得诺贝尔化学奖的三位教授中有两位与中国有着深厚的渊源。例如，上海华东科技大学在“分子机器”领域拥有国际领先的研究团队。华立田禾院士团队与三位新诺贝尔奖获得者在学术研究方面有着密切的合作与交流。斯托达特教授于2005年和2007年两次访问华立，并被任命为华立名誉教授。2007年，费瑞加教授还访问了华立，并将应邀参加下月在上海举行的“2016国际光致变色研讨会”。他也是华立化学学院副院长屈大辉教授在荷兰博士后工作期间的合作导师。
华东科技大学的张娟琪博士向记者解释说:“广义而言，分子机器的含义来自大自然。就像生物体中的三磷酸腺苷酶一样，它是传导和利用物质和能量的天然装置。获奖的人工分子机器是通过合成和化学修饰方法构建的功能分子或化学系统。通常，分子机器是基于合成和超分子组装的功能化学成分的集合。其目的是模拟宏观机器的工作模式，从微观上再现并产生效果。”
作为微器件的化学基础，分子或超分子必须能够响应某些外部刺激信号(物理或化学刺激)，并产生输出信号或做有用的工作，这是实现机器功能的基本要求。张伟说:“不同于功能性化学系统(如分子开关、化学传感器等)。)，分子机器经常要求它能在响应的基础上引起部件或分子单元之间的相对机械运动，并伴随着物质和能量的流动。产生特定的机器功能。”
张隽·瓦目前在华立天和研究集团工作。田禾院士在“分子机器设计与合成”领域的研究成果也获得了诺贝尔奖。早在2004年，田禾院士领导的团队就设计了一种直径比头发还细的“分子梭”和“分子算盘”，然后用荧光来感知其运动轨迹，使葡萄糖分子产生计算甚至思考的能力，从而在“模拟生物帮助人类恢复体力或修复受损记忆”的高峰研究领域迈出了坚实的一步。
这种“上海制造”的分子机器，用通俗的语言解释，就像是在木棍上戴一个无底的水桶。在某种外力的作用下，铲斗可以左右滑动。当然，这是放大十亿倍的效果。通过荧光光谱仪，我们可以感受到它的难度系数:“木棍”是由偶氮或苯乙烯分子组成，“水桶”是由6-7个葡萄糖分子“手牵手”组成的环糊精分子，水桶口直径只有0.6纳米。田禾院士等人利用光驱动使“桶”在紫外光照射下获得动能，或在“棒”上左右来回移动，从而诞生了微型“分子梭”。“棍+桶”的组合与算盘十分相似。在田禾院士的“训练”下，“分子梭”学会了简单的“加2”或“减2”运算，成为一个具有原始计算功能的“分子算盘”。
田禾院士认为，一旦“分子算盘”成熟，计算机就可以升级为容量更大、运算速度更快的“分子大脑”，从而摆脱“摩尔定律”的限制。目前，这种“上海制造”的分子机器已成为国际先进行列之一，其独创的荧光检测方法已成为全世界科学家广泛采用的表征方法。
正如美国化学学会的唐娜·纳尔逊教授所说:“诺贝尔奖受到全世界的高度重视，这也将影响科学界未来的研究方向，并将使分子机器领域蓬勃发展，越来越多的研究人员将涌向这一领域以吸引更多的资金。所以应用程序应该比预期的要快。”
