获诺奖的“分子机器” 可能是垫造《西部世界》的第一块石头

摘要:

今年的诺贝尔化学奖颁给了分子机器领域的三位拓荒者:让-皮埃尔·索维奇(Jean-Pierre Sauvage )、弗雷泽·斯托达特(Sir J. FraserStoddart )和伯纳德·L·费林加(Bernard L. Feringa ),三位科学家分别来自法国、美国和荷兰。他们一起创造出了有史以来世界上最小的机器:分子机器(Molecular Machine)。

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「分子机器」这个名词表明了它本身跨学科的意味:在这个本该是化学的领域里,会经常出现「分子马达 」、「分子齿轮 」这样的术语,而这正在建立中的微观机械王国,是人的肉眼无法看清的世界。

关于「分子机器」,Wikipedia 上给出的概念是:能在适当的外部刺激下 (输入)执行机器动作结果(输出)的不同数量分子组装的组件设计。通俗来讲,就是让一个个纳米级的分子,根据外界刺激,依照人类的意愿做机械运动,还能对外施力做功。试想你可以让每一个微小的分子做出符合你意愿的改变,那么一件由这些分子组成的宏观物体,将会产生多么令人惊叹的千变万化!

一个机器的各个部件之间要能相对移动,中间就必须有链接的部分,就像你的手指做出各种动作,离不开众多的手部关节。法国的索维奇最早在 1983 年给分子制作出了这样的「关节 」,英国《卫报》评论他的成就为「在一片黑暗里赤手空拳建起了一座城堡 」。随后 1991 年,美国的斯托达特制作出了一个环状的分子,这个分子受热时会沿着一个轴来回随机运动。基于这两位前辈的工作, 荷兰的费林加在 1999 年设计出世界上第一个「分子马达」,微小的旋叶可以围绕中心轴做 360 度的旋转。费林加的团队还在 2011 年制作出了一辆纳米小车,四个「分子马达」作为轮子驱动小车在一个平面上移动。

美国《时代》杂志列出了 5 个关于「分子机器」的重要事实:

1. 大小不到一根头发丝儿的千分之一

1950 年代,著名物理学家理查德·费曼提出了一个问题:到底,人类可以制作出多小的机器? 「分子机器」的三位科学家给出了最终的答案:比一根头发丝儿的千分之一还要小。

2. 颠覆性堪比微型芯片

虽然分子机器尚处在初期阶段,但是三位科学家的开创性工作已经埋下了颠覆未来的因子。就像诺贝尔奖委员会在声明中所说的:「化学因此踏入了一个全新世界。时间已经清楚地证明了小型计算技术的革命性影响,小型机器技术也一样,如今我们正在亲历它的婴儿期。」

3. 有一天,它将在人体内工作

化学家们希望有一天,这些微型机器可以在人体内工作,将药物直接运输到特定的组织区域或者癌细胞。《理解纳米》评论道:「一旦这种方法成熟,它能极大避免现代医学疗法带来的伤害」。比如化疗这种治疗癌症的方法,在杀死癌细胞的同时,也会对人体健康细胞造成大面积伤害。

费林加通过电话,这样告诉斯德哥尔摩的媒体记者:「这些微型机器人就像一个一个小医生,他们进入你纵横交错的血管网络,挨个搜索癌细胞。」

4. 在症状露出苗头之前,侦查到疾病

该领域最近的研究显示,「分子机器」不仅能够转移分子或杀死癌细胞,它有一天也许会引发分子计算机的诞生。这样一个纳米级的分子计算机,可以放进人体内监测健康状况,在任何症状露出苗头之前,就能检测到疾病。

在最近非常火爆的美剧《西部世界》里,大 Boss 罗伯特·福特教授几乎有点落寞地说道「我们已经能够治愈所有的疾病,让我们当中最弱的人也能活命」。本来以为这样的世界很遥远,看来并不一定。

5. 潜力无可限量

诺贝尔委员会在声明中说道:「由过去的发展来看,分子马达很像 1830 年代的电动马达。当时的研究人员在实验室里骄傲地展示各种旋转的曲柄和轮子,但他们并没有意识到自己的发明,将为以后的世界带来电动火车、洗衣机、风扇和食品加工机」。未来,将会有无数的后代科学家们将分子机器应用于医疗、能源和工业等领域,可能带来超越现世人想象力的改变。

Via Time

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