諾貝爾化學(xué)獎

1、會計學(xué)1諾貝爾化學(xué)獎諾貝爾化學(xué)獎中新網(wǎng)10月5日電 據(jù)諾貝爾獎官網(wǎng)消息，瑞典皇家科學(xué)院于當?shù)貢r間5日宣布，將2016年諾貝爾化學(xué)獎授予讓-皮埃爾索維奇(Jean-Pierre Sauvage)，J弗雷澤斯托達特(J. Fraser Stoddart)和伯納德L費林加(Bernard L. Feringa)，以表彰他們在分子機器設(shè)計與合成領(lǐng)域的貢獻。2016年諾貝爾化學(xué)獎年諾貝爾化學(xué)獎人物簡介人物簡介01主要貢獻主要貢獻02前景展望前景展望03讓讓皮埃爾皮埃爾索維奇索維奇 讓讓 - 皮埃爾皮埃爾索維奇（索維奇（Jean-Pierre Sauvage），男，），男，1944年出生于法國巴黎，法年出

2、生于法國巴黎，法國化學(xué)科學(xué)家，斯特拉斯堡國化學(xué)科學(xué)家，斯特拉斯堡大學(xué)教授。大學(xué)教授。2016年年10月月5日日，因在分子機器設(shè)計與合成，因在分子機器設(shè)計與合成方面的突出貢獻，獲得方面的突出貢獻，獲得2016年諾貝爾化學(xué)獎。年諾貝爾化學(xué)獎。杰出的美國物理學(xué)家、諾貝爾獎得主理查德杰出的美國物理學(xué)家、諾貝爾獎得主理查德費曼先生費曼先生，曾經(jīng)在，曾經(jīng)在19841984年提出了一個問題：年提出了一個問題：“制造極其微小的、制造極其微小的、有可移動部件的機器的可能性有多大？有可移動部件的機器的可能性有多大？”而而20162016年諾貝爾化學(xué)獎則很好年諾貝爾化學(xué)獎則很好地回答了這個問題：人類目前地回答了這個

3、問題：人類目前已經(jīng)能夠做出相當于頭發(fā)絲直已經(jīng)能夠做出相當于頭發(fā)絲直徑千分之一大小的機器。徑千分之一大小的機器。那那么登上諾貝爾領(lǐng)獎臺的分么登上諾貝爾領(lǐng)獎臺的分子機器究竟什么來頭？制造子機器究竟什么來頭？制造這號稱世界上最小的機器究這號稱世界上最小的機器究竟有多大的難度？它又能夠竟有多大的難度？它又能夠為人類帶來怎樣的福音呢？為人類帶來怎樣的福音呢？下面就讓我們走進分子機器下面就讓我們走進分子機器的微妙世界。的微妙世界。這個這個“機器機器”不簡單不簡單一提到機器，我們首先都會聯(lián)想到金屬材一提到機器，我們首先都會聯(lián)想到金屬材質(zhì)的大型機器。然而我們這里要講的分子質(zhì)的大型機器。然而我們這里要講的分子機

4、器，是指由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成、能行機器，是指由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成、能行使某種加工功能的機器，其構(gòu)件主要是蛋使某種加工功能的機器，其構(gòu)件主要是蛋白質(zhì)等生物分子。簡單地說，分子機器就白質(zhì)等生物分子。簡單地說，分子機器就是由三位科學(xué)家通過人工創(chuàng)造的一種比納是由三位科學(xué)家通過人工創(chuàng)造的一種比納米尺度還小的新物質(zhì)。這種分子特別小，米尺度還小的新物質(zhì)。這種分子特別小，是以原子為材料，可以稱之為目前世界上是以原子為材料，可以稱之為目前世界上的最小機器。這種的最小機器。這種“世界上最小的機器世界上最小的機器”是在分子層面上設(shè)計開發(fā)出來的機器，可是在分子層面上設(shè)計開發(fā)出來的機器，可以進行可控的運動，在向其充能時

5、可移動以進行可控的運動，在向其充能時可移動執(zhí)行特定任務(wù)。諾貝爾獎委員會表示，分執(zhí)行特定任務(wù)。諾貝爾獎委員會表示，分子機器將最有可能應(yīng)用于開發(fā)新的材料、子機器將最有可能應(yīng)用于開發(fā)新的材料、傳感器和能量存儲系統(tǒng)。傳感器和能量存儲系統(tǒng)?！叭阶呷阶摺痹斐龇肿訖C器造出分子機器作為世界上最小的機器，實現(xiàn)納米尺度作為世界上最小的機器，實現(xiàn)納米尺度上的驅(qū)動與空寂，難度可想而知。相較上的驅(qū)動與空寂，難度可想而知。相較于技術(shù)操作上的高難度，分子機器的設(shè)于技術(shù)操作上的高難度，分子機器的設(shè)計原理就簡單許多。通常，分子是由原計原理就簡單許多。通常，分子是由原子間形成的共價鍵組成的，比如兩個氫子間形成的共價鍵組成的，

6、比如兩個氫原子和一個氧原子由共價鍵連接形成水原子和一個氧原子由共價鍵連接形成水分子。但是，分子機器卻是在非共價鍵分子。但是，分子機器卻是在非共價鍵弱相互作用力下由不同的構(gòu)筑基元組裝弱相互作用力下由不同的構(gòu)筑基元組裝而成，就像堆積木，不同形態(tài)的積木組而成，就像堆積木，不同形態(tài)的積木組合成不同的結(jié)構(gòu)，而后通過化學(xué)反應(yīng)使合成不同的結(jié)構(gòu)，而后通過化學(xué)反應(yīng)使這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)固下來。這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)固下來。那么，科學(xué)家又是怎樣一步一步實現(xiàn)了那么，科學(xué)家又是怎樣一步一步實現(xiàn)了分子機器的組裝呢？分子機器的組裝呢？讓-皮埃爾索維奇把分子聚集在一個銅離子周圍他的研究組構(gòu)建了一個環(huán)狀的分子他的研究組構(gòu)建了一個環(huán)狀的分子和一個新

7、月形的分子，并使這兩種和一個新月形的分子，并使這兩種分子能夠被銅離子吸引；銅離子作分子能夠被銅離子吸引；銅離子作為凝聚力讓這些分子呆在一起。接為凝聚力讓這些分子呆在一起。接下來，研究組利用化學(xué)手段將新月下來，研究組利用化學(xué)手段將新月形的分子和另一個分子形的分子和另一個分子“焊接焊接”到到一塊，這樣一來，另一個環(huán)就形成一塊，這樣一來，另一個環(huán)就形成了了它與之前的環(huán)狀分子組成了它與之前的環(huán)狀分子組成了鎖鏈的第一個環(huán)扣。這時，研究者鎖鏈的第一個環(huán)扣。這時，研究者能夠移走已經(jīng)完成任務(wù)的銅離子。能夠移走已經(jīng)完成任務(wù)的銅離子。讓讓-皮埃爾皮埃爾索維奇很快意識到分子鎖索維奇很快意識到分子鎖鏈（稱為鏈（稱為“

8、索烴索烴”，catenanes）并）并不只是一類新的分子。他認識到自不只是一類新的分子。他認識到自己已經(jīng)邁出了創(chuàng)造分子機器的第一己已經(jīng)邁出了創(chuàng)造分子機器的第一步。步。弗雷澤斯托達特：把一個分子環(huán)串到了一個分子軸上斯托達特開發(fā)出了讓他獲得斯托達特開發(fā)出了讓他獲得2016年年度諾貝爾獎的分子，利用的正是分度諾貝爾獎的分子，利用的正是分子間的互相吸引。子間的互相吸引。1991年他的團隊年他的團隊造出了一個開環(huán)，上面缺乏電子；造出了一個開環(huán)，上面缺乏電子；還造出一根長棒（輪軸），這根軸還造出一根長棒（輪軸），這根軸上有兩處富集電子。當這兩種分子上有兩處富集電子。當這兩種分子在溶液中相遇時，缺電子的那個

9、就在溶液中相遇時，缺電子的那個就會被有電子的那個吸引，于是環(huán)被會被有電子的那個吸引，于是環(huán)被套進了軸上，接下來把環(huán)加以閉合套進了軸上，接下來把環(huán)加以閉合，讓環(huán)不會掉下來。于是他們以極，讓環(huán)不會掉下來。于是他們以極高的產(chǎn)率得到了高的產(chǎn)率得到了“輪烷輪烷”：一個環(huán)：一個環(huán)狀分子以機械作用套在一個軸上。狀分子以機械作用套在一個軸上。1994年，斯托達特改進了他的設(shè)年，斯托達特改進了他的設(shè)計，讓鏈狀分子的兩端分別帶有計，讓鏈狀分子的兩端分別帶有不同的結(jié)合位點，這一新的分子不同的結(jié)合位點，這一新的分子穿梭機在水溶液中試驗成功。改穿梭機在水溶液中試驗成功。改變?nèi)芤旱乃釅A度，可以讓環(huán)狀分變?nèi)芤旱乃釅A度，可以

10、讓環(huán)狀分子在位點間實現(xiàn)可逆的來回移動子在位點間實現(xiàn)可逆的來回移動，使得該，使得該“穿梭機穿梭機”在某種程度在某種程度上變成了一種可逆型開關(guān)。這種上變成了一種可逆型開關(guān)。這種可逆型開關(guān)在未來不僅可用于制可逆型開關(guān)在未來不僅可用于制造熱敏、光敏或是感受特定化學(xué)造熱敏、光敏或是感受特定化學(xué)物質(zhì)的傳感器，還可用做體內(nèi)納物質(zhì)的傳感器，還可用做體內(nèi)納米級藥物載體的開關(guān)，在正確的米級藥物載體的開關(guān)，在正確的時間和地點釋放藥物。時間和地點釋放藥物。費林加：建造了第一個分子馬達費林加：建造了第一個分子馬達而費林加則完成了第三步，成功開發(fā)而費林加則完成了第三步，成功開發(fā)出了世界上第一個分子馬達。出了世界上第一個分

11、子馬達。1999年，年，費林加發(fā)明出了可以向同一個方向不費林加發(fā)明出了可以向同一個方向不停旋轉(zhuǎn)的分子轉(zhuǎn)子葉片：它含有兩個停旋轉(zhuǎn)的分子轉(zhuǎn)子葉片：它含有兩個相同的葉片單元，當分子被暴露在紫相同的葉片單元，當分子被暴露在紫外線光的脈沖下，一個動葉片圍繞中外線光的脈沖下，一個動葉片圍繞中間的雙鍵跳了間的雙鍵跳了180度。然后，棘輪移動度。然后，棘輪移動到指定位置。隨著下一個光脈沖的帶到指定位置。隨著下一個光脈沖的帶來，動葉片又跳了來，動葉片又跳了180度。如此持續(xù)下度。如此持續(xù)下去，分子馬達就會朝同一個方向旋轉(zhuǎn)去，分子馬達就會朝同一個方向旋轉(zhuǎn)起來?，F(xiàn)在他的研究小組已經(jīng)將其優(yōu)起來。現(xiàn)在他的研究小組已經(jīng)將

12、其優(yōu)化，轉(zhuǎn)速可達每秒化，轉(zhuǎn)速可達每秒1200萬轉(zhuǎn)。利用分子萬轉(zhuǎn)。利用分子馬達，他驅(qū)動了一個馬達，他驅(qū)動了一個28微米長、比馬微米長、比馬達本身大達本身大1萬倍的玻璃圓筒。萬倍的玻璃圓筒。2011年時，研究組還制造了一個四輪驅(qū)動納米車，一年時，研究組還制造了一個四輪驅(qū)動納米車，一個分子底盤將四個馬達聯(lián)結(jié)在一起，當作車輪使用。個分子底盤將四個馬達聯(lián)結(jié)在一起，當作車輪使用。當車輪旋轉(zhuǎn)時，納米車就在表面上向前行駛。當車輪旋轉(zhuǎn)時，納米車就在表面上向前行駛。前景展望前景展望科學(xué)家們表示，未來分子機器的應(yīng)用前景將是科學(xué)家們表示，未來分子機器的應(yīng)用前景將是“無限的無限的”：分子機器可：分子機器可以搭載藥物，進

13、行藥物的定點精確釋放；它還可以成為微小的存儲單元以搭載藥物，進行藥物的定點精確釋放；它還可以成為微小的存儲單元，進行高密度存儲等。，進行高密度存儲等?？茖W(xué)家認為，分子機器的誕生是一次具有深遠意義的革命，很有可能做科學(xué)家認為，分子機器的誕生是一次具有深遠意義的革命，很有可能做出在血管中流動的機器人，然后找到惡性腫瘤組織，釋放治癌藥物，徹出在血管中流動的機器人，然后找到惡性腫瘤組織，釋放治癌藥物，徹底攻克癌癥。除了可以用于治療疾病，考慮到分子機器大小僅有頭發(fā)粗底攻克癌癥。除了可以用于治療疾病，考慮到分子機器大小僅有頭發(fā)粗細的千分之一，還可以將其置于體內(nèi)監(jiān)測人體的健康狀況，應(yīng)用于預(yù)防細的千分之一，還

14、可以將其置于體內(nèi)監(jiān)測人體的健康狀況，應(yīng)用于預(yù)防疾病等方面。疾病等方面。從發(fā)展的角度看，現(xiàn)在的分子馬達就相當于從發(fā)展的角度看，現(xiàn)在的分子馬達就相當于1830年代的電動馬達，那時年代的電動馬達，那時的研究者會在實驗室里驕傲地展示各式各樣的旋轉(zhuǎn)曲柄和動輪，而絲毫的研究者會在實驗室里驕傲地展示各式各樣的旋轉(zhuǎn)曲柄和動輪，而絲毫不知這些東西將導(dǎo)向電動火車、洗衣機、風扇和食物處理器。不知這些東西將導(dǎo)向電動火車、洗衣機、風扇和食物處理器。這個這個“機器機器”不簡單不簡單一提到機器，我們首先都會聯(lián)想到金屬材一提到機器，我們首先都會聯(lián)想到金屬材質(zhì)的大型機器。然而我們這里要講的分子質(zhì)的大型機器。然而我們這里要講的分子機器，是指由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成、能行機器，是指由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成、能行使某種加工功能的機器，其構(gòu)件主要是蛋使某種加工功能的機器，其構(gòu)件主要是蛋白質(zhì)等生物分子。簡單地說，分子機器就白質(zhì)等生物分子。簡單地說，分子機器就是由三位科學(xué)家通過人工創(chuàng)造的一種比納是由三位科學(xué)家通過人工創(chuàng)造的一種比納米尺度還小的新物質(zhì)。這種分子特別小，米尺度還小的新物質(zhì)。這種分子特別小，是以原子為材