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看华毂。竟细至纤毫,分子尺度。
叹链环相扣,机械键匡辅。
索烃搭架轮烷补,纳米车重组。
引擎装,顺向飞旋,指途征路。
佩剑病魔捕,所向尽披靡,膏肓难堵。
扁鹊恭听,当神话、懒关顾。
众说奇技皆淫巧,瓦特欣为伍。
却惊闻,弄个天翻地覆!
10月5日,瑞典皇家科学院宣布将2016年度诺贝尔化学奖授予让-皮埃尔·索瓦日、弗雷泽·斯托达特和伯纳德·费林加三位科学家,表彰他们在“设计和合成分子机器”领域的开创性研究。
2011年,伯纳德•费林加的研究小组向世界展示了一款四驱纳米汽车,一个分子底盘安装了四个马达(作为轮子)。当紫外线照射使轮子旋转时,车子缓缓前行。虽然车仅仅走了数十纳米,但已经足以轰动世界,它标志着人类进入了分子机器的新纪元!
这些研究的起点是从分子的机械互锁开始的。分子间相互作用一般是通过离子键、共价键、氢键等化学键链接,非常稳固,不能自由活动。而机械互锁却是让一些环状、链状的分子,像我们日常生活所见的铁链或轴承一样,形成一种叫“机械键”的作用,原子间并不直接相互作用,两个分子能够相互活动,从而构建出想要的分子机器。
1983年,索瓦日利用普通的铜离子,将一个半月形分子插入一个环形分子间,再用另一个半月形分子与原先的半月形分子结合,形成两个互锁的圆环分子,他将这种分子命名为“索烃”。
1991年,斯托达特巧妙地将一个哑铃状的分子穿过一个环形分子,环能沿着哑铃分子的轴前后穿梭,两边的“铃”可以挡住环,不让它滑出去,他将这种分子命名为“轮烷”。
1999年,费林加成功克服了分子运动的随机性,通过机械作用让一个两个叶片状的分子在紫外线照射下沿着一个方向持续螺旋转动,分子马达诞生,优化后速度竟达每秒1200万转。
人们对新生事物的态度总是谨慎的,当年晚清政府将洋枪洋炮当成中看不中用的“奇技淫巧”就吃了一大亏。实用主义者可能会立即诘问:分子机器除了好玩,能有什么用呢?我们可以设想,将药物绑在分子车上,就可以让分子车将药物准确地运达病灶,实现精准治疗,纵使病入膏肓也没问题。说到这里扁鹊泉下也许会嗤之以鼻,而当年瓦特发明和改良了蒸汽机,但他却认为用蒸汽机来推动车辆是不可能的事情,他哪里会想到,就在他去世前5年,史蒂芬逊造出了世界第一台实用的火车,接着改变了整个世界!因此,有理由相信,分子机器必将在未来把我们这个世界弄个天翻地覆!
华毂——奇特华丽的车
图由上至下分别为索烃、轮烷和分子马达示意图
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GMT+8, 2024-9-21 07:35
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