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諾獎:這個深情的男人發明了「世界上最小的機器」

現在先播報一則簡訊。(新聞聯播臉)


瑞典皇家科學院2016年10月5日宣布,將2016年諾貝爾化學獎授予讓-皮埃爾·索瓦日、弗雷澤·斯托達特、伯納德·費林加這三位科學家,以表彰他們在分子機器設計與合成領域的貢獻。諾貝爾委員會授予獎項時,稱讚他們仨做了項了不起的研究,「讓分子系統脫離平衡狀態,轉變為充滿能量但又可控的運動狀態」。


神馬?打開方式不對?放心,今天小編不是要搞懵泥萌噠!


諾獎:這個深情的男人發明了「世界上最小的機器」



只是來介紹一下,其中貢獻最大(也是頭髮最少)的一位——弗雷澤·斯托達特教授。對,就是中間這哥們!



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斯托達特教授的貢獻,要追溯到25年前——他在1991年時合成的輪烷。這玩意的結構是一個環狀分子套在了一個線形分子軸上。除此之外,他還證明了環狀分子能圍繞分子軸轉動。


很抽象?那就看圖吧,這個世界上最小的機器......的零件......是醬嬸滴!



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輪烷誕生後,分子升降機、分子肌肉、輪烷基晶元等等一系列充滿革新意味的新鮮玩意兒也就陸續來到地球上造福人類了!你們感受下.......



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現在,我們就說說這位斯托達特大叔吧!


談起老同事,加州大學洛杉磯分校化學與生物化學系主任凱瑟琳·克拉克教授說道:「弗雷澤·斯托達特是世界上最有創新精神的有機化學家之一了,他能獲得諾貝爾獎絕對是當之無愧的事情。40多年來,他不斷在他的研究領域創新,始終站在科學的最前沿。」


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斯托達特的研究領域包括了分子電子學和人工合成分子機器。分子電子學裡會研究納米級的分子,這在電腦開關和其他的電子器件中都會用到。人工合成分子機器呢,則會用到線性分子馬達、納米化療機械和納米電磁機械。從這就看得出來斯托達特研究的東西都很袖珍——最小的只有一納米(十億分之一米),最大的也只有幾百納米而已。(回頭看看前面那個分子升降機,只有0.7個納米!)


在加州大學洛杉磯分校任職期間,斯托達特就曾說過:「大概二十五年前,我的夢想就是有一天能做出那些小玩意兒,如今終於通過納米技術實現了。」那時,他是弗雷德·卡夫利研究院納米系統科學院的主席,同時還是加州大學洛杉磯分校納米系統研究所的所長。如今他已成為了該校化學與生物化學系的榮譽退休教授。


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如今已經白髮蒼蒼的斯托達特教授......


斯托達特和加州大學洛杉磯分校的同事在2007年時就一起把分子組合成了既複雜又精細的結構,最終成功研製出了一種超高密度的信息存儲設備,而這種設備就用到了可重組的分子開關。有了他們的技術鋪墊,人類又向分子電腦的世界邁了一大步。要知道,分子電腦和現在的以硅為基礎材料的電腦相比,體型會更小巧、性能也可能會更好。


分子開關各元件的相對運動是可以控制的,在這方面的設計和製造領域,斯托達特在加州大學洛杉磯分校的研究團隊絕對是名副其實的「領頭羊」。


「斯托達特當時就說:「分子元件是能用在存儲、計算或代替其他電子元件上的,而這方面的研究發展前景不可估量。長久以來,人們一直夢想著在信息存儲技術中利用分子技術,而分子開關的研究恰恰是這個夢想得以實現最重要的一環。」



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當今通用的集成電路晶元:神馬?我要下崗啦?


這位獻身科學的老教授,也是一個深情的男人。加州大學洛杉磯分校里有一個「諾爾瑪·斯托達特學術卓越獎」,正是以斯托達特已故的妻子命名的。諾爾瑪曾是一位傑出的生物化學家,並在斯托達特的實驗室里做了很長時間的顧問和經理。斯托達特家族於2004年出資成立該獎項,2011年開始頒發。後來的每一年裡,斯托達特都會回到加州大學洛杉磯分校,為一位化學與生物化學系的博士應屆畢業生頒獎。



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斯托達特的研究其實都有一個共同的指向,就是在自組裝和化學系統中的分子認知領域探索更多。他對這方面的認識也得以在這種專註中不斷深入,積累得也愈加愈多。在這樣的過程中,他最終用模板法開發出了分子開關和分子馬達。


化學合成的模板法其實怎麼理解呢?早在20世紀90年代,斯托達特和他的研究團隊就用連鎖分子環創作出了像奧運五環一樣的結構。這個結構只有4納米,直徑約有1.5納米。後來,斯托達特和同事們一起在加州大學洛杉磯分校又有了新的突破——合成了機械互鎖型分子,這種分子看起來就像是一具有著四肢的穿著連體裝的軀幹。


談到機械互鎖型分子時,斯托達特說:「因為每一部分都要與其他部分完全匹配,這就需要考慮它們的形狀、大小,以及連接的地方,而一旦確定了分子間連接處怎麼處理,構建人工活細胞系統的前奏就奏響了。"



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神奇的機械互鎖型分子


斯托達特和同事們在2006年時就一起設計並製造出了一種靠太陽光能就可以提供動力的納米級尺寸的分子發動機。那時他還專門列了個清單,上面都是分子發動機可能會派上用場的地方,比如納米電子學、分子電腦,還有可以用來輸送抗癌藥物和其他藥物的納米閥門。



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這是個人體天然的分子發動機.......


斯托達特和他的團隊還開發出了一系列納米機器:有可以任意開關的納米閥門——介孔玻璃中捕獲了分子後,需要的時候釋放分子就可以了;有能為分子機器提供納米級電源的分子太陽能電池;還有一種功能類似於納米電梯的人工分子機器,這可是那時候設計最複雜的納米機器之一了。


在1997年加入加州大學洛杉磯分校前,斯托達特是英國伯明翰大學的有機化學教授;自1993年後,他就在這所大學化學學院擔任院長了。


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