近日，2016年諾貝爾化學(xué)獎在瑞典斯德哥爾摩公布 ，法國斯特拉斯堡大學(xué)的讓-皮埃爾·索瓦日教授、美國西北大學(xué)的弗雷澤·斯托達(dá)特爵士以及荷蘭格羅寧根大學(xué)的伯納德·L·費(fèi)林加教授獲此殊榮，獲獎理由是“分子機(jī)器的設(shè)計(jì)與合成”。據(jù)介紹，它有望用于更精準(zhǔn)的疾病檢測、藥物輸送，超高密度信息存儲、能量存儲，新材料、傳感器等眾多領(lǐng)域，應(yīng)用前景不可限量。

　　什么是分子機(jī)器

　　據(jù)復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系黎占亭教授介紹，簡單來說，分子機(jī)器是在分子水平上，由一個分子或幾個分子，通過分子的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)宏觀機(jī)器的運(yùn)動。

　　黎占亭介紹，第一位獲獎?wù)咦?皮埃爾·索瓦日教授的導(dǎo)師曾于1987年因“超分子化學(xué)”獲得諾貝爾化學(xué)獎。此次讓-皮埃爾·索瓦日教授的貢獻(xiàn)在于第一個在分子機(jī)器研發(fā)領(lǐng)域開展工作。1983年，他通過配位作用，構(gòu)建超分子結(jié)構(gòu)，成功地將兩個環(huán)形分子連接起來，形成了一根鏈。一架機(jī)器要能執(zhí)行任務(wù)，其各個組成部分之間必須具有相對運(yùn)動的能力，這兩個相互扣合的環(huán)形分子正好符合這個要求。

　　華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、中科院院士田禾介紹，1991年，美國化學(xué)家斯托達(dá)特第一個提出“分子梭”概念，即在一個剛性棒狀分子上套一個分子大環(huán)——輪烷，分子大環(huán)能在分子棒上來回穿梭。“在給予能量后，分子機(jī)器的各個模塊就會做相對運(yùn)動，像我們熟悉的機(jī)器那樣”。

　　第三位獲獎?wù)卟{德·L·費(fèi)林加教授則是研究出分子馬達(dá)的第一人，在光控單分子馬達(dá)領(lǐng)域有開創(chuàng)性的工作。田禾介紹，費(fèi)林加合成的是“分子馬達(dá)”，它有一個固定基座，位于基座上部的分子會做360度定向轉(zhuǎn)動，與宏觀世界的機(jī)械馬達(dá)很像。1999年，他研究出分子旋轉(zhuǎn)葉片。利用分子馬達(dá)，他讓一個比馬達(dá)大上1萬倍的玻璃杯成功旋轉(zhuǎn)。

　　“今年獲得諾貝爾化學(xué)獎的三位科學(xué)家研制出了三種分子機(jī)器，其狀態(tài)各不相同。他們的開創(chuàng)性工作讓人類認(rèn)識到，可用分子為材料，設(shè)計(jì)、建造微觀世界的機(jī)器。”田禾說。

　　分子機(jī)器有何意義和應(yīng)用價(jià)值

　　分子機(jī)器的問世有什么意義和應(yīng)用價(jià)值？田禾說，生物體內(nèi)的很多活動，其實(shí)都有賴于分子機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)。科學(xué)家研究細(xì)胞分裂、DNA復(fù)制、物質(zhì)運(yùn)輸、肌肉收縮等生命活動，追溯到分子層面后，發(fā)現(xiàn)它們都是眾多分子機(jī)器做功的結(jié)果。因此，化學(xué)家可以和生命科學(xué)家合作，通過設(shè)計(jì)、合成分子機(jī)器來模擬各種生命現(xiàn)象。

　　分子機(jī)器還能用來存儲信息，構(gòu)建神奇的“分子計(jì)算機(jī)”。2007年，斯托達(dá)特帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出一種能超高密度存儲信息的分子芯片，其存儲密度達(dá)到了2020年硅基芯片的水平。華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授曲大輝解釋說，硅基芯片的信息存儲密度遵循摩爾定律(在價(jià)格不變情況下，集成電路上可容納的元器件數(shù)目和性能，每隔18—24個月會提高1倍)，但這個定律會遇到發(fā)展瓶頸，而分子芯片能實(shí)現(xiàn)分子尺寸上的信息存儲，所以不遵循摩爾定律，在存儲密度上能大幅超越硅基芯片。

　　諾貝爾獎評審委員會指出，目前，分子機(jī)器處在概念應(yīng)用階段，盡管“分子機(jī)器”目前還沒有實(shí)際的應(yīng)用，未來它會怎樣改變?nèi)祟惖纳?？?jù)介紹，它有望用于更精準(zhǔn)的疾病檢測、藥物輸送，超高密度信息存儲、能量存儲，新材料、傳感器等眾多領(lǐng)域，應(yīng)用前景不可限量。