16年諾獎回顧：製造世界上最小機器的三位化學家

原文以World s tiniest machines win chemistry Nobel為標題

發布在2016年10月5日的《自然》新聞上

原文作者：Richard van Noorden 和 Davide Castelvecchi

Jean-Pierre Sauvage，Fraser Stoddart和Bernard Feringa共同獲得2016年諾貝爾獎。

三位化學家因精密設計並製造小型分子機器而榮獲2016年諾貝爾化學獎。

他們分別是法國斯特拉斯堡大學的Jean-Pierre Sauvage、出生於蘇格蘭而現在就職於美國西北大學的Fraser Stoddart和荷蘭格羅寧根大學的Bernard Feringa，獲獎成就是在上世紀八九十年代為發動機小型化所做的開創性貢獻。

「我有點震驚，因為太意外了。我感到非常榮幸，」獲獎後的Feringa在接受諾貝爾獎委員會採訪時說。

獲獎的三位製造了分子結、梭、轉子、鏈、泵、軸、開關、存儲設備，甚至還有納米汽車——全部都在分子尺度（參見下圖「納米機器」）上。這些納米尺度的機器尚沒有實際應用，但是研究者希望它們可用於包括給葯和計算機存儲在內的各種領域。

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Nik Spencer/ Nature

「當然，現在一切還處在初期階段，」Feringa告訴諾貝爾獎委員會。「但是，一旦你能夠控制運動，你就能製造發動機，可以想像各種各樣的功能。」他表示，這種機器可被用作小型機器人，在人體內給葯或檢測癌細胞；或者用作智能材料，根據外部信號作出調整或改變。

目前，只有屈指可數的一些實驗室在積極製造納米機器，正在美國緬因大學學習分子發動機理論的Dean Astumian說。但是，他認為今年的諾獎將刺激該領域進一步發展。「獲得諾獎肯定會吸引頂尖青年才俊加入研究行列，」他說。Astumian認為這些研究將在25年內帶來應用。「現在你還買不到由分子機器製成的設備，但是快了。」

分子建築師

1983年，Sauvage的研究小組首先製造出了分子相連的鏈和環，也就是索烴，邁出了製造分子發動機所需連接部件的第一步。

1991年，Stoddart製作出第一個分子梭：環狀分子穿過一個被稱為輪烷的「軸」。軸環狀分子可以在軸上的兩個位點之間來回移動，軸的兩端則被「塞子」堵住。Stoddart和其他化學家發現了如何利用酸度、光或溫度變化來控制這個過程。

自那之後，Stoddart的團隊已經使用類似的輪烷製造出了能將自身從表面升起不到一納米的分子「起重機」，以及人造「肌肉」（讓薄片彎曲的輪烷）。研究人員也已使用數百萬的輪烷製造出了高密度存儲設備，其中分子梭在「開」和「關」兩種狀態之間切換。

1999年，Feringa率先開發出合成分子發動機——含有由碳碳雙鍵連接在一起的「葉片」單元的單個分子。用光打破化學鍵後，葉片便會轉動並保持旋轉。Feringa表明，分子發動機可以在宏觀尺度產生效應，比如轉動位於其上的玻璃棒。

也許最為人所知的是，Feringa還利用分子發動機製造出了四輪驅動的「納米汽車」。

在諾貝爾獎新聞發布會上，記者向Feringa詢問他製造的機器是否會有實際應用。Feringa將這些小型機器的發明者比作了100多年前首次登上天空的萊特兄弟。「當時的人們問，我們為什麼需要飛行機器呢？而現在我們有了波音747和空客。我現在就有點這樣的感覺。機會不可限量。」

在他自己的新聞發布會上，Stoddart也對近期英國反移民的呼聲和美國總統候選人Donald Trump發表了政治詰難。他說，他的祖國英國，「現在處於真正的混亂中，因為它認為可以抬高國界阻止想要去的人。」並提到Donald Trump和Hilary Clinton的第一次辯論中說的一句話，「不交聯邦稅的是『聰明人』」。Stoddart說，他的諾貝爾獎金收入的三分之一都會用在交稅上，因為，他說，「我不是個聰明人」。

Naturedoi:10.1038/nature.2016.20734

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