這個機器比頭髮的千分之一還細！將來有望「撐」死癌細胞！

本文來源：央視新聞、解放日報、揚子晚報

瑞典皇家科學院當地時間5日宣布，將2016年諾貝爾化學獎授予法國科學家紹瓦熱，英國科學家斯托達特，和荷蘭科學家費林加。以表彰他們在分子機器設計與合成領域的貢獻。這三名科學家將平分約合620萬元人民幣的獎金。

據介紹，這個分子機器比頭髮絲的千分之一還細，被稱為「世界上最小的機器」。那麼，分子機器會對我們的生活有怎樣的影響？

什麼是分子機器？

分子機器究竟是什麼？這要從分子說起。分子，人們並不陌生，它是構成物質的一種基本粒子，在物理上，物質大多數是由原子構成的分子組成，通常使用顯微鏡來觀測。

鮮為人知的是，分子本身是具有特定結構的，能夠相互作用，能夠識別，甚至能夠「動」起來。當然，要讓它動起來，需要研發一種機器，這種機器就是三位諾獎獲得者所做出來的分子機器。

據諾獎官網的介紹，分子機器是「世界上最小的機器」，包括一部微型「起重機」，幾塊人工「肌肉」和微型「馬達」。

別小看這個機器，它和歷史上的電動馬達有著很大的相似之處。19世紀30年代，電動馬達問世，然而，在那個年代科學家看來，電動馬達只是各種各樣的旋轉曲柄和輪子，卻沒意識到這些東西將導致電車、洗衣機、風扇以及食品加工機的產生，並徹底改變了世界。今天，分子機器則被認為很有可能將在新材料、感測器以及儲能系統的研發中得到應用。

分子機器是如何造出來的？

據諾獎官網的介紹，簡單來說，製造分子機器只需要三步，這三步也分別是由這三位獲獎者做出來的。

第一步是將兩個環狀分子連接在一起。1983年，紹瓦熱實現了這一步，他成功地將兩個環狀分子連接在一起，形成了一條特殊的鏈，即雙環化合物，並命名其為「索烴」。

一般來說，一個能夠執行任務的機器，必須包含可以相對移動的部分，「索烴」正好滿足了這個條件。

接下來是第二步，利用一個分子推動另一個分子運動。斯托達特實現了這一點，1991年，他成功合成出了「輪烷」，即將一個環形分子套在一個線性分子上，如此，環形分子就能以線性分子為軸，進行運動。

在此基礎上，他設計出了分子「起重機」，分子「肌肉」和分子計算晶元。

第三步是設計分子馬達。費林加就是第一個研究出分子馬達的人。1999年，他研製出一個分子旋轉葉片，能夠朝一個方向持續旋轉——這個東西就是分子馬達。

在這個基礎上，他成功讓一個玻璃圓筒開始旋轉，要知道，這是一個比分子馬達大上1萬倍的圓筒。後來，他又設計了一輛納米小車。至此，他將分子由穩態變為能夠運動的狀態，並初步實現控制。

分子機器會怎樣改變我們的生活？

中科院院士田禾介紹，生物體內的很多活動，其實都有賴於分子機器的運轉。科學家研究細胞分裂、DNA複製、物質運輸、肌肉收縮等生命活動，追溯到分子層面後，發現它們都是眾多分子機器做功的結果。因此，化學家可以和生命科學家合作，通過設計、合成分子機器來模擬各種生命現象。

諾貝爾獎評審委員會指出，目前，分子機器處在概念應用階段，儘管分子機器目前還沒有實際的應用，未來它會怎樣改變人類的生活？據介紹，它有望用於更精準的疾病檢測、藥物輸送，超高密度信息存儲、能量存儲，新材料、感測器等眾多領域，應用前景不可限量。

進入人體細胞，還能「撐」死癌細胞

記者在採訪中得知，分子機器還可應用於尖端的生物醫學領域。南京工業大學先進材料研究院研究員秦天石博士舉例，如在針對癌症患者的腫瘤治療中，分子機器便可以派上大用場。

腫瘤細胞本身就已足夠微小，小到現在的機器人技術根本無法進入。此時，「身量短小」的分子機器便有了用武之地，它可以通過血液的流動，進入人體的正常細胞和癌症細胞內。而和正常細胞相比，癌症細胞的細胞膜較為脆弱。如果在人體外施加電磁場或是加熱的引導，人體細胞里的分子機器便能感受到外界的能量，從而發生形變，使得體積變大。變大後的分子機器就會撐破癌細胞的細胞膜，從而使癌細胞的「生存質量」大打折扣，甚至是死亡。秦天石介紹，目前，這項研究已經在國內科學家的努力下取得了階段性的進展，使得這一展望有了實現的可能。

除了在生物醫學領域的應用，分子機器在半導體領域也有突出的貢獻。通過對於信息儲存方式的改變，未來，你可能再也不會抱怨U盤的儲存空間不夠大了，因為分子機器的應用，你的U盤可以存進更多的照片和視頻影像資料等。

南工教授正開發「超長待機」電池

南京工業大學林宗瓊博士告訴記者，分子機器的核心其實是分子尺度可控的機械運動。將分子運動的「超分子作用力」運用到有機半導體和柔性電子領域，實現「超分子作用力」對半導體性能的可控調節，會給柔性電子材料的研究帶來新的研究機遇。

以中國科學院院士，南京工業大學校長黃維教授為首的先進材料研究團隊，正在探索將石墨烯等有機光電材料應用於可攜帶電池的研發。「超長待機電池」的特點是壽命超長、存儲量大，充一次電後使用時間可達一周以上，電池使用壽命可延長至10-15年。

除了可穿戴設備外，柔性電子還可應用在健康指數、醫療檢測、生命體征等健康醫療領域。黃維院士舉例說，只要將生物智能晶元植入獨居的老人體內，便可進行全程適時監控老人的各項生理指標，諸如腦血栓、高血壓之類病情一旦發生顯著變化，便會經由智能晶元第一時間發送給家人和附近的醫療機構，贏得搶救的黃金時間。

兩位獲獎者和中國頗有淵源

「今年的諾獎是對分子機器領域發展方向的肯定，中國在該領域起步較晚，但目前已有一大批年輕人從事這方面研究。」復旦大學化學系教授黎占亭介紹，除了紹瓦熱教授已退休外，另外兩位獲獎者的實驗室中，都有很多中國留學生，他們為中國培養了不少人才。華東理工大學、吉林大學、武漢大學、浙江大學和中國科學院等，都有斯托達特和費林加的學生在開展科研。

荷蘭科學家費林加

浙江大學化學系特聘研究員李昊就是斯托達特的學生。他說，斯托達特非常喜歡招收中國留學生，因為中國學生非常勤奮，他喜歡中國人努力的工作態度。由此，斯托達特也很喜歡來中國，2005年被華東理工大學授予名譽教授，他還是天津大學的兼職教授。

雖然這是項離現實應用還比較遙遠的研究，卻使科學家對分子運動的操控達到了前所未有的新高度。其實，在生命體中，科學家早就看到了分子機器的存在，但生物分子機器結構和機制複雜，一旦可以通過化學方法實現對分子機器的精確構建，將可能引來材料和信息技術的新一輪大發展。

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監製/唐怡 主編/王興棟

編輯/江永韜

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