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今年的诺贝尔化学奖授予了分子机器领域的三位先驱:让-皮埃尔·索维奇、j·弗雷泽斯托达特爵士和伯纳德·费里加。这三名科学家分别来自法国、美国和荷兰。
他们一起创造了世界上最小的机器:分子机器。
“分子机器”一词显示出它的跨学科含义:在这个本应是化学的领域中,“分子马达”和“分子齿轮”等术语经常出现,正在建立的微机械王国是一个肉眼看不到的世界。
关于“分子机器”,维基百科给出的概念是:在适当的外部刺激(输入)下,能够执行机器动作结果(输出)的不同数量的分子的组装的组件设计。一般来说,它是使每一个纳米尺度的分子根据外界刺激和人类的愿望机械地运动,同时也施力做功。想象一下,你可以让每一个微小的分子按照你的意愿发生变化,那么由这些分子组成的宏观物体就会产生惊人的变化!
为了能够在机器的不同部分之间相对移动,中间必须有一个相连的部分,就像你的手指没有无数个手关节就不能做各种运动一样。法国的Sovic在1983年第一次为分子制造了这样一个“接头”,英国《卫报》评论他的成就为“在黑暗中用光秃秃的hands/きだよ/boxing建造一座城堡”。然后,在1991年,美国的斯托达特制造了一种环形分子,当加热时,这种分子沿着一个轴随机地来回移动。基于这两位前辈的工作,荷兰的费里加在1999年设计了世界上第一台“分子马达”,微型叶片可以绕中心轴旋转360度。费里加的团队还在2011年制造了一辆纳米汽车,四个“分子马达”被用作轮子来驱动汽车在飞机上行驶。
美国《时代》杂志列出了关于分子机器的五个重要事实:
1.尺寸不到一根头发的千分之一。20世纪50年代,著名的物理学家理查德·费曼提出了一个问题:人类能制造多小的机器?三位来自分子机器的科学家给出了最终答案:它小于千分之一根头发。
2.Subversion相当于微芯片。虽然分子机器仍处于早期阶段,但三位科学家的开创性工作已经埋下了颠覆未来的因素。正如诺贝尔奖委员会在声明中所说,“化学已经进入了一个全新的世界。时间已经清楚地证明了小型计算技术以及小型机器技术的革命性影响。现在我们正在经历它的婴儿期。ゥ
3.总有一天,它会在人体内发挥作用。化学家希望有一天,这些微型机器能够在人体内工作,并将药物直接输送到特定的组织区域或癌细胞。《理解纳米》评论道:“这种方法一旦成熟,就可以大大避免现代医疗带来的危害。”例如,化疗,一种治疗癌症的方法,不仅可以杀死癌细胞,还会对健康细胞造成广泛的损害。
费里加在斯德哥尔摩通过电话告诉记者:“这些微型机器人就像小医生。”它们进入你纵横交错的血管网络,一个接一个地寻找癌细胞。ゥ
4.在症状显现之前发现疾病。这个领域最近的研究表明,“分子机器”不仅可以转移分子或杀死癌细胞,而且有一天可能导致分子计算机的诞生。这种纳米级的分子计算机可以放入人体来监测健康状况,并且可以在任何症状出现之前检测疾病。
在最近流行的美国戏剧《西方世界》中,大老板罗伯特·福特教授近乎孤独地说:“我们能够治愈所有的疾病,让我们当中最弱小的人活下去。”我以为这样的世界很遥远,但似乎不一定。
5.具有无限潜力的诺贝尔委员会在声明中说:“从过去的发展来看,分子马达与19世纪30年代的电动马达非常相似。”当时的研究人员在实验室里自豪地展示了各种旋转曲柄和轮子,但他们没有意识到他们的发明会给未来世界带来电动火车、洗衣机、风扇和食品加工机。在未来,无数未来的科学家将把分子机器应用到医学、能源和工业领域,这可能会带来超出当今世界想象的变化。
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