世界上最小的機器

　　用一句話來描述這項科學成就，就是三位科學家開發了世界上最小的機器。小到什么程度呢?只有人類頭發的千分之一大小。他們成功地將分子連在一起，共同設計了包括微型電梯、微型電機、人工肌肉等在內的所有分子機器。

　　新科得主荷蘭化學家伯納德·費林加在一次采訪中曾這樣闡述他們的研究與創造的意義：也許化學的力量不僅在于理解，更在于創造，制造出前所未有的分子和材料。

　　分子機器發展階段的三級跳

　　第一階段：1983年，索烴，非生物分子機器的最初雛形。

　　通常情況下，分子們是被強力的共價鍵維系的，原子在其中共享電子。而學光化學的讓-皮埃爾·索維奇發現光化學分子模型與分子鏈有相似之處——一個核心銅離子周圍纏著兩個分子。于是，他的研究組構建了一個環狀的分子和一個新月形的分子，并用銅離子作為凝聚力使兩個分子聚攏，再用化學手段將它們 “焊接”到一起，移走銅離子后就組成了第一個分子環扣——索烴。這是非生物分子機器的最初雛形。

　　第二階段：1991年，輪烷，分子機器誕生的第二步。

　　1991年，弗雷澤·斯托達特的團隊造出了一個缺電子的“開環”，和一根兩處富集電子長棒——“輪軸”。二者相遇時，“缺電子”和“富電子”自然就會彼此吸引，于是環被套進了軸上，他們得到了“輪烷”——一個套在軸上并能在兩個富電子部分之間前竄后跳的環狀分子。當他們能完全控制“輪烷”的運動后，許多分子機器，包括電梯、人造肌肉、分子芯片等被創造出來。分子芯片與現有的計算機芯片相比，后者簡直就是龐然大物，前者則為人們提供更小更強大的計算機處理系統;而人造肌肉甚至可以把一塊非常薄的金箔弄彎。

　　第三階段：1999年，分子馬達，分子機器動起來了。

　　讓分子機器高效運作起來的是荷蘭人伯納德·L·費林加研發的分子馬達。正常情況下，分子的運動是隨機的，一個旋轉的分子向左與向右轉動的概率大體相同，制造出能夠在同一方向上持續旋轉的馬達對于分子機械工程來說是重要的目標。1999年，費加林通過機械構建，設計出了一種小旋翼葉片般的分子，每個葉片分別與一個甲基相連，它們和葉片一起如同齒輪般運作，迫使分子只朝一個特定方向旋轉，這就是第一個分子馬達。費林加使用分子馬達轉動了比馬達本身大一萬倍的玻璃圓筒，還制造了一個“四輪驅動”納米車——一個分子底盤將四個馬達聯結在一起，當作車輪使用。當車輪旋轉時，納米車就在表面上向前行駛。經過不斷的優化。2014年分子馬達的旋轉速度已經達到了每秒1200萬轉。

　　控制分子活動的技術

　　發布會上，諾貝爾化學獎評獎委員會成員奧洛夫形容分子機器“充滿能量”，“掌握了如何控制分子活動的技術”。就像19世紀30年代，當電動馬達被發明出來時，科學家未曾想過它會在電氣火車、洗衣機、電風扇上等被廣泛運用。而分子機器正如當年的電動馬達一樣，未來很有可能將用于開發新材料、新型傳感器和能量存儲系統等。分子機器在未來最有可能被用于新材料，傳感器和能量儲存等領域。

　　費林加教授表示，“一旦在分子層面控制了運動，就為控制其他各種形式的運動提供了可能。這一研究成果為未來新材料的研發開啟了廣闊前景。雖然目前分子機器的實際應用仍處在早期階段，隨著分子機器技術的發展，將來利用分子機器制造的微型汽車，甚至人造機器人將會被廣泛運用于醫療領域。”

圖片來源：找項目網