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化學家們做出了一些萌萌噠小機器,小到你看不見!

2016諾貝爾化學獎授予了法國斯特拉斯堡大學的讓-皮埃爾·索瓦(Jean-Pierre Sauvage)、美國西北大學的詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特(Sir J.Fraser Stoddart)以及荷蘭格羅寧根大學的伯納德·費靈格(Bernard L.Feringa),以獎勵他們「在分子機器的設計和合成」方面的貢獻。

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所謂的「分子機器」,其實是指一些納米級別的分子結構,與普通分子不同的是,它們能夠將能量轉換為某種定向移動,像機器一樣運轉起來。

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世界上最小的機器,直徑1納米左右,比頭髮細1000倍

得獎的三人因為在同一研究領域做出突破而共同獲得諾貝爾獎,但它們三人的研究是彼此獨立的。下面我們就來看看這三位學界大咖分別研究了怎樣的「分子機器」。


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讓-皮埃爾·索瓦


Jean-Pierre Sauvage

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1983年,索瓦發現,兩個分子可以圍繞一個中間的銅離子交纏在一起。索瓦創建了一種環狀分子、一種半環狀分子,它們通過銅離子交纏在一起之後,再把兩個半環狀分子連在一起,就形成了兩個連在一起的圓環。

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不過,作為「機器」,僅僅有結構是不夠的,還要能按照人的要求運動起來才可以。因此,索瓦一直在這個領域堅持研究。到了1994年,終於實現了對圓環旋轉的自主控制。

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除此之外,索瓦還發明了一種兩個互相嵌套的圓環狀結構,因為運動方式和肌肉相同,所以被稱為分子「肌肉」。

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詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特


J.Fraser Stoddart


司徒塔特發明了兩種「分子機器」結構。

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1991年,通過讓富電子的紅色條狀分子與缺少電子的藍色環狀分子結合,司徒塔特創造了一種新的「分子機器」結構。更棒的是,藍分子可以自紅分子中間的兩點之間來回移動,又不會脫離。

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第二種分子結構被稱為分子「電梯」,可以豎直上下滑動。

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伯納德·費靈格


Bernard L.Feringa


費靈格是發明了「分子小車」的人。車要想跑,首先輪子要轉起來。費靈格的發現就是從「車輪」開始的。

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1999年,他將圖中黃綠兩色分子拼合在一起。經過紫外線照射,黃色分子能夠出現近乎180°的翻轉。

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在發現這種特性後,費靈格用這種分子拼合成了一種小車,輪子使用經紫外線照射會翻動的分子。

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小車動起來是這樣的:

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最後一個問題


「機器分子」有什麼用?


這些能夠運動的分子馬達就像我們現實中使用的馬達一樣,有了這些馬達,科學家們就可以繼續研究,做出各種迷你的機械設備,例如控制計算機0或1的開關等等,可能會引發一場新的革命。


不過,其實對於科學家來說,他們鑽研一個領域幾十年不厭倦的原因往往是這一個——這東西好酷!我喜歡。

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